沥青路面表面纹理的多重分形特征及其磨光行为

为揭示沥青路面表面纹理分布特征及其磨光行为,引入多重分形理论,验证了沥青路面表面纹理三维形貌分布的多重分形特性.然后,模拟了AC-13型石灰岩混合料在转速0~1×105低速荷载下表面纹理的磨光过程,分析了磨光区域表面纹理的多重分形谱参数变化情况,量化了表面纹理磨光前后的整体与局部特征变化.结果表明,沥青路面表面三维形貌具有多重分形特性,多重分形谱宽Δα反映了表面相对粗糙的整体特征,分形谱左右两侧高差Δf反映了陡峭区域占优程度.随磨光转数的增加,分形维数D变化较小,谱宽Δα则呈现出较为明显的衰减,表面平坦区域占优程度逐渐趋于稳定.因此,多重分形特征参数为描述路面表面纹理的磨光行为提供了新思路.     

基于红外技术的沥青路面积水结冰厚度测试方法与影响因素

为了检测路面安全状况,提出了一种基于红外技术的沥青路面积水结冰厚度测试方法.采用红外发光二极管和光电三极管集成制作了收发一体的光电传感器,实现了对路面干燥和潮湿状态的判断以及积水深度和结冰厚度的量化检测,并从环境温度、光照强度、泥水质量比、试件空隙率和路表纹理构造等方面分析了其影响规律.研究结果表明,取显著水平α=0.05,环境温度、光照强度和泥水质量比对输出电压无显著影响,试件空隙率和路表纹理构造则对输出电压有显著影响.利用开发的传感器和所提测试方法,能够显著区分不同空隙率和路表纹理下路面积水深度和结冰厚度,为实际工程应用提供参考.     

路表纹理包络轮廓计算及其对抗滑性能的影响

为了分析轮胎与路表的接触特性及其对路面抗滑性能的影响,采用路面纹理测量车(road surface tester)获取路表纹理二维轮廓离散数据,运用印痕法模型,利用MATLAB软件计算路表纹理包络轮廓,进一步计算了包络轮廓对应的平均断面深度(mean profile depth,MPD)、宏观纹理表面构造水平指数L_(Ma)(macro texture indices calculated with texture level)、粗大纹理表面构造水平指数L_(Me)(mega texture indices calculated with texture level)等纹理指标,并与初始轮廓纹理指标进行对比;最后计算包络轮廓、初始轮廓纹理参数MPD、L_(Ma)与路面摩擦因数(longitudinal frictional coefficient,LFC)的相关性系数,分析了路表纹理包络轮廓对路面抗滑性能的影响。研究结果表明:包络轮廓纹理参数与初始轮廓纹理参数相关性良好(判定系数R~20.85);包络轮廓MPD值较初始轮廓MPD值有明显下降,且初始轮廓MPD值越大,包络轮廓MPD值下降幅度也越大;包络轮廓表面构造水平指数较初始轮廓表面构造水平指数下降,L_(Ma)的下降幅度比L_(Me)的下降幅度高10%左右;印痕法参数S取值对包络轮廓纹理参数有较大影响,S值越小,其对应的包络轮廓纹理参数值较初始轮廓纹理参数值下降的幅度越大;此外,包络轮廓纹理参数与摩擦因数的判定系数较初始轮廓纹理参数与摩擦因数的判定系数有较大提升,其中MPD与摩擦因数的判定系数提高了约35%,L_(Ma)与摩擦因数的判定系数提高了约23%;印痕法参数S值越小,包络纹理参数与摩擦因数的判定系数越高。该结果可为研究胎-路接触特性对路用性能的影响提供参考。     

基于多尺度分形的钢丝钳磨损研究

在法庭科学中,犯罪工具的磨损信息往往能够提供相关线索。目前,关于如何分析犯罪工具磨损的研究还处于初始阶段。钳剪工具如钢丝钳的刃部磨损与剪切痕迹表面的几何形态之间有对应关系。通过分析现场工具痕迹表面纹理以获取工具的磨损信息对于侦查过程有实际意义。把多尺度分形用于工具痕迹表面纹理分析中,计算痕迹纹理图像的多尺度分形特征来分析工具的磨损状况。实验结果表明,本文的研究方法对于工具磨损分析是一种有益的探索。     

考虑多尺度孔隙耦合效应的非饱和膨胀土本构模型

颗粒型膨润土材料具有颗粒间孔隙、集合体间孔隙和集合体内孔隙等多尺度孔隙结构特征，传统非饱和膨胀土双孔模型（BExM）难以准确描述其宏观力学行为。在现有BExM模型的理论框架基础上，从颗粒型膨润土材料的三重孔隙结构出发，通过双加载屈服面方程和宏微观耦合效应函数表征膨润土颗粒混合物的多尺度孔隙弹塑性变形行为及其相互耦合关系。通过对比试验数据与模型模拟结果发现，模型可较好地描述非饱和颗粒型膨润土材料的膨胀力特征、膨胀变形特征以及宏微观孔隙结构演化规律。     

纳观纹理表面往复滑动接触磨损问题研究进展

纳米器件滑动接触过程中,由于黏附磨损而很快失效,很难应用于工程实际。表面纹理通过降低比表面来减小磨损,在往复滑动接触过程中,伴随着材料的迁移,接触条件不断更新,使得往复滑动接触磨损问题的研究变的更加困难。为此,对观纹理表面往复滑动接触磨损问题的试验研究和数值模拟研究进行了综述,介绍了纳观纹理表面往复滑动接触磨损问题试验研究相关成果,探讨了影响摩擦磨损性能的表面纹理参数及其他相关因素,分析了试验研究可能存在的问题。阐述了分子动力学模拟研究该问题的发展现状,介绍了多尺度方法的发展历程,并给出了多尺度方法模拟该问题的算例。最后,探讨了该问题未来可能的发展方向。     

高分辨率遥感影像滑坡纹理特征提取方法

针对目前滑坡提取所需数据多样、算法复杂、特征冗余且对于单体滑坡的纹理特征研究还不够充分等问题,根据Gabor滤波进行滑坡纹理特征分析,并融合光谱特征利用支持向量机实现滑坡提取。首先对滑坡影像进行多尺度多方向Gabor变换,其次对同一方向不同尺度Gabor特征进行融合得到多方向特征,最后对多方向Gabor纹理特征进行最大值过滤,构成多尺度多方向Gabor纹理特征。结果表明,对比局部二值模式、局部空间自相关,得出纹理分析方法对滑坡提取效果最好,具有较高的提取精度。     

音乐声的音色感知特征与图像的纹理特征的关联研究

本文主要研究音乐声的音色感知特征与图像的纹理之间的关联关系并建立音色与纹理的匹配模型.首先对Brodatz纹理库中的图片提取纹理特征,然后利用纹理特征对纹理图片进行系统聚类和多维尺度分析,挑选出18张用来做主观评价实验的纹理图片.通过主观评价实验,得到音色感知特征值以及音色和纹理的匹配关系数据,并基于此数据分别计算了匹配(或不匹配)的音色感知特征纹理特征之间的皮尔逊相关系数,相关系数绝对值最高达0.75,证明了二者之间存在强烈关联.最后使用逻辑回归、随机森林、多层感知神经网络对音色感知特征和纹理之间的匹配关系进行预测,得到了准确率较高的预测模型,说明通过音色感知特征和纹理特征预测二者匹配关系是可行的.     

大型土木结构多尺度损伤预后的现状、研究思路与前景

针对大型土木结构安全服役的迫切需求,提出了"治结构之未病"的学术理念和结构多尺度损伤预后的研究思路.指出这类结构安全的共性问题是其损伤跨越了材料、构件和结构层次,是从微/细观到宏观尺度的多尺度、跨层次非线性演化.从发展多尺度损伤预后方法的驱动力、结构多尺度损伤预后相关理论研究现状、大型土木结构多尺度损伤预后的关键科学问题与解决思路以及大型土木结构多尺度损伤预后的发展趋势等方面,综述了大型土木结构多尺度损伤预后研究的现状、研究思路与应用前景.指出结构多尺度损伤预后研究需解决的关键科学问题包括结构损伤多尺度非线性演化机理、结构遭遇极端灾害作用时损伤跨层次突变导致灾变的机理及其损伤过程预测以及大型土木结构损伤过程模拟与分析中的不确定性和预后可靠性等.最后,展望了发展结构多尺度损伤预后理论对于结构全寿命安全的应用前景.     

纹理表面滑动接触多尺度分析

采用分子动力学与有限元耦合的多尺度方法,求解二维刚性圆柱表面压头与弹性纹理表面的纳观黏着滑动接触问题。对表面纹理凸峰高度、凸峰间距、凸峰形状、压头下压深度以及压头半径等对滑动接触性能的影响进行了全面研究。通过不同条件下滑动摩擦力的比较,揭示了上述各参数对黏着滑动接触的影响规律。凸峰高度越高,滑动摩擦力越小且越稳定;凸峰间距越大,滑动摩擦力越小;表面纹理在不发生破坏的前提下可以有效降低摩擦力;压头下压深度越小,滑动摩擦力越小;相同作用条件下,滑动摩擦力随压头半径的增大而增大。     

基于胎/路啮合作用的纹理化路面行车稳定性分析

为了给隧道水泥混凝土路面纹理设计提供指导,对路面进行纹理化参数设计试验,并以此来保证行车的稳定性,减少隧道行车的横向摆振效应。由于目前水泥混凝土路面纹理参数设计理论缺乏相应的依据,在分析轮胎与粗糙路面接触作用的基础上,基于压力胶片测试技术考虑胎/路啮合特性对车辆轮胎的转向阻力矩计算方法进行了优化。通过依托项目的隧道纹理化路面和室内试验,对四种不同路面的轮胎接触特性进行分析,提出一种基于实际测量的胎/路接触应力分布的原地转向阻力矩评价方法。结果表明:根据实测的轮胎接触应力计算得出汽车轮胎转向阻力矩,可有效地表征轮胎的转向阻力矩状态;纹理化水泥混凝土路面汽车转向阻力矩比沥青路面上高10%～20%,加之纹理化构造与轮胎纵向沟槽的啮合作用产生较大的侧向力矩,导致纹理化路面的行车稳定性较差;通过设置一定的刀组间距进而干涉轮胎与道路的接触界面,最终达到降低轮胎转向阻力矩的目的。     

基于接触力学的路面构造粗糙度评价

为了给路面抗滑构造设计与优化提供指导,使得设计的隧道水泥混凝土路面具有更好的抗滑性能,针对目前路面抗滑性能评价指标的不足,基于轮胎与路面接触作用机理,从接触力学的角度提出一种轮胎有效接触界面的构造粗糙度评价方法。通过对四种不同路面的胎/路接触应力分布特性进行比较,对接触应力分布非均匀性和应力集中效应进行分析,并提出了相应的评价指标。结果表明:结合室内试验与现场路面压力胶片测试,不同路面上的轮胎接触应力分布为典型的非均匀分布状态,且具有一定的随机分布特性,可以从接触力学的角度反映路面构造分布形态。应力峰值可以表征单点构造峰顶接触应力最大值,直接反映了路面构造与轮胎的包络变形程度,而Weibull模量可以从接触界面上进行整体的应力分布均匀性评价,属于间接性面域评价指标,二者的结合能够更加全面地进行路面的构造粗糙度评价。     

基于多通道小波卷积神经网络的路面异常检测算法

为了保证路面质量和行人与驾驶员的安全,提出了一种利用传感器时序多变量信号数据进行路面异常检测的算法.针对行驶过程中需要结合多种传感器信号在不同尺度对路面特征进行分析的问题,提出结合小波卷积网络和多通道网络技术,实现路面异常检测.首先,在多级小波变换间加入卷积神经元网络,从多个尺度分析单个传感器信号的局部连续性;然后,构建多通道神经网络,将多个传感器信号分别作为不同通道的输入,计算多个信号相结合的特征向量;最后,使用多层感知机根据多通道小波网络的输出实现路面异常检测.实验结果表明,该检测算法相对于传统的时间序列分类方法,同时考虑了多尺度分析、信号局部连续性和多变量信号的结合,在分析多变量时序信号数据时,具有更低的误检率和漏检率,更高的F1值.     

基于工业CT技术的沥青路表纹理特性研究

沥青路面表面纹理特性,包含宏观纹理和微观纹理两方面因素。提出纹理参数PL index用于表征其几何特性。通过工业CT技术扫描路面芯样,获取芯样侧视剖面图,使用数字图像处理技术提取表面轮廓并计算PL index。研究PL index的统计分布以及分析其与路面抗滑指标的相关性。结论表明,以PL index为参数表征表面纹理是合理有效的,其与路面抗滑指标有较好的相关性。     

不同形式路面表面功能对比研究

为改善路面行车舒适性与安全性,采用手动铺砂法、动态摩擦测试仪法、车载声强(OBSI)轮胎/路面噪声测试法对于横向刻槽、纵向刻槽、露石、金刚石研磨水泥混凝土路面、开级配沥青混凝土路面的构造深度、动态摩擦系数、轮胎/路面噪声进行了对比研究。结果表明:纵向刻槽水泥混凝土路面构造深度大于露石、金刚石研磨、横向刻槽水泥混凝土路面。车速增加,路面动态摩擦系数不断减小,其中纵向刻槽路面的动态摩擦系数稍高于横向刻槽及金刚石研磨路面。同时开级配沥青混凝土路面比刻槽、金刚石研磨、露石的混凝土4个形式路面的噪声水平降低5~10 d B,其降噪效果良好。     

基于接触应力集中的沥青路面抗滑性能评价研究

为了给抗滑表层沥青混合料级配设计提供参考,基于高精度压力胶片测试技术,开展不同搓揉时间下的胎/路接触应力分布特性研究。通过2种粗集料2种类型沥青混合料的对比,研究轮胎作用下沥青路面的抗滑性能衰减规律;并从接触力学的角度建立沥青路面抗滑性能评价指标。结果表明:轮胎与路面接触应力呈现显著的非均匀分布,主要包括有效接触面积与应力集中效应。初始状态下胎/路有效接触面积与应力集中主要与级配设计有关;而在搓揉过程中,随着路面构造的二次圧密与粗集料磨耗,有效接触面积持续增加,应力集中减少;应力集中分布度指标可以较好描述应力集中效应。分析表明,轮胎接触应力集中与路面摩擦系数呈现良好的线性关系。试验证明,骨架密实型级配与优质粗集料均有利于提高沥青路面抗滑耐久性能;而级配的影响更显著,磨耗层设计中应当给以重视。     

用数字图像技术评价和测量沥青路表面构造深度

通过研究肉眼分辨物体表面不平度的特性和数字图像技术，开发了应用数字图像技术评价和测量沥青路表面构造深度的方法．该方法采用普通数码相机纪录道路表面构造特征．由图像的像素值分析得出路表面构造深度测量结果．与常规方法的比较表明，该方法精度高、操作简便、成本低廉，是一种有前途的路表面功能测试方法．     

纺织钢领的化学机械抛光试验

探讨了化学机械抛光(CMP)技术在细纱机的钢领后续加工中的应用.通过采用CMP与传统磨料流抛光技术的对比试验, 表明应用CMP技术后提高了钢领的加工效率和工作表面质量,证明CMP应用于钢领抛光是完全可行的.同时,对CMP抛光钢领的机理及影响因素进行了分析.试验表明,采用CMP技术抛光钢领时,钢领的表面在抛光液的作用下形成了软质层,由于该软质层的形成, 提高了抛光效率,也改善了钢领的表面质量.     

基于病害发展演化机理的水泥混凝土路面预防性养护对策研究

由于混凝土路面病害发展规律有其自身特点,现有预防性养护理论难以直接指导混凝土路面的预防性养护。系统分析了混凝土路面各阶段典型病害的发展演化机理,指出混凝土路面病害遵循由轻到重、由接缝料破损等非结构性病害到板块断裂的结构性破坏转变。基于此规律,有针对性地提出了延缓病害转化的三个关键时期的养护维修对策和实施时机的选择方法。并以湖南省益常高速公路调研数据进行各养护维修对策的费用效果比排序。说明及时实施预防性养护对策能大大提高养护效益,提高路面使用寿命。     

纳秒激光制备钛表面纹理结构及其润湿性研究

激光加工技术可在材料表面形成多种纹理结构,为了研究激光加工所得不同纹理结构对材料润湿性的影响,通过纳秒激光加工技术在金属钛表面分别加工直线、网格和点阵的表面纹理结构。采用扫描电子显微镜、接触角测量仪、粗糙度分析仪和X射线光电子能谱分别对激光加工后的钛表面进行表面形貌、接触角、粗糙度与化学成分的表征与分析。结果表明:初经激光纹理加工后试样表面的粗糙度较激光加工前均显著提高,但此时3种纹理结构试样表面接触角均小于90°;随着时间的推移,被加工材料表面化学成分的改变带来了材料表面自由能的变化,进而使被加工表面接触角总体呈现上升趋势;待试样表面化学成分稳定后接触角也基本保持不变,并且对于每种纹理结构而言,其接触角随粗糙度的增加而升高。直线、网格和点阵纹理结构试样表面接触角最终可达157.2°,153.1°和134.6°,从而实现了钛表面润湿性由亲水性向疏水性的转变。