机加工表面形貌分形表征研究

分形几何为机加工表面形貌表征开辟了一条新的途径，尺度独立的分形参数可使其表面形貌的表征具有唯一性，易于识别，比传统的统计参数更为合理有效．本文介绍了机加工表面轮廓的分形表征及其分形参数计算方法的研究进展，指出了用分形理论研究机加工表面问题时应注意的着重点．     

基于分形理论的表面粗糙度测量研究

提出了一种基于分形几何理论的表面粗糙度测量与分析的方法。这种方法首先采用图像处理技术获取试件表面形貌的图像数据,然后利用分形几何的相关理论建立数学模型。依据模型对图像数据进行处理,得到能体现表面粗糙度等级的分形几何参数。     

基于分形的机加工零件表面几何精度与性能分析

对机加工表面轮廓误差提出一种先进行线性回归和非线性回归,再用Ｗｅｉｅｒｓｔｒａｓｓ０Ｍａｎｄｅｌｂｒｏｔ分形函数获得分形参数的新的分析方法;据此建立描述加工表面公差带内误差精细结构的最小特征集;用最小特征集再构出表现轮廓形貌,建立基于分形的零件性能与误差结构关系的分析方法。并附有计算实例。     

铣削加工表面轮廓的几何分形特征

将分形几何学运用于铣削表面的形貌研究,分别采用结构函数法和重标极差分析法,计算出不同铣削表面的分形维数D和垂直尺度因子G.根据计算结果,运用改进Weierstrass-Mandelbrot分形函数模拟仿真出相应的表面轮廓,并画出实测表面轮廓和模拟表面轮廓的高度归一化概率密度分布图.试验结果表明,铣削表面轮廓分形维数D、垂直尺度因子G随着表面粗糙度的增加而降低;仿真出的表面轮廓和实测表面轮廓具有相同的高度归一化的概率密度分布,并能更加真实地反映出表面轮廓的细微结构.     

非均匀锈蚀钢筋表面轮廓的分形表征

通过NaCl溶液干湿循环对热轧光圆钢筋进行加速腐蚀,采用单尖头百分尺获取了不同锈蚀率钢筋的表面轮廓曲线,并对其进行统计分析与分形计算.结果表明,锈蚀钢筋的蚀坑呈不均匀分布特性,其表面轮廓直径符合正态分布,且具有统计分形的特征;但分形维数反映的是轮廓曲线的相似程度,对于轮廓曲线的微小变化并不敏感.通过特征轮廓参数r*将分形维数D与尺度系数C联系在一起,实现了表面多尺度相似测量与绝对测量的统一,该参数具有物理意义清晰且灵敏度高的特点,可用于钢筋不均锈蚀程度的表征.     

磨合试验与表面形貌变化规律的分形表征

为了研究和掌握真实磨合过程中表面形貌的变化规律,在自制的摩擦磨损试验机上进行了更换摩擦副的磨合磨损试验,用T1000表面轮廓测量仪对试件表面形貌进行在线测量,进而运用分形理论对磨合过程中表面形貌的变化规律进行表征研究.结果表明:采用同一表面性质的一组试件进行磨合过程试验比传统的磨合试验方法科学合理,其试验结果具有客观性;随着磨合过程的进行,磨损表面粗糙度值Ra和尺度系数C逐渐减小,分形维数D与特征粗糙度Ra*逐渐增大,当达到磨合状态时它们都将达到稳定的数值.且特征粗糙度Ra*在反映磨合表面形貌的变化时不但具有与分形维数D和尺度系数C一样的规律性,而且表现出更高的灵敏性.     

基于分形理论的锈蚀钢筋表面轮廓分布特征

为了更准确地表征锈蚀钢筋的表面轮廓分布特征,利用分形理论的结构函数法推导出锈蚀钢筋截面直径的分形维数与尺度系数的计算模型.从受氯盐侵蚀的混凝土梁试件中获取4根不同锈蚀率的钢筋试样,利用千分尺测量钢筋的截面直径,并进行统计,研究其分布规律.统计结果表明:锈蚀钢筋截面直径不拒绝正态分布、对数正态分布和威布尔分布;利用所得模型计算出锈蚀钢筋截面直径的分形维数与尺度系数,其分形维数与钢筋的锈蚀率成正相关关系.结合分形维数和尺度系数定义的特征参数,可以实现锈蚀钢筋表面轮廓绝对测量与相似测量的统一,有助于更为准确地表征锈蚀钢筋的表面轮廓.     

基于分形特征的表面微观形貌模拟和分析

用Ｗ－Ｍ模型模拟了分形表面并用所设计的分形算法对其进行分形分析，分析结果与理论值相符，最后，用该分形算法对ＳＴＭ检测的超精密表面微观形貌进行分析．     

规则表面形貌的表征

量子点与超晶格等有序结构呈现规则的表面形貌,它们的特性与表征表面粗糙度的参数密切相关.本文说明了如何利用单值周期函数对这些规则表面形貌进行模拟,并分析了其高度分布函数,以及给出了高度分布函数与单值函数导数变化的关系.     

表面形貌的分形特征研究

该文基于分形几何理论研究了表面形貌的分形特征,用结构函数法计算表面轮廓的分形维数,用Taylorsurf-6型轮廓仪对磨损前和磨损后的缸套内腔表面轮廓进行测量.分形分析结果表明,缸套内腔表面具有多重分形特征,其临界波长的大小与珩磨时的磨粒直径相对应.     

表面粗糙度的若干分形模拟方法

分形几何自创立以来受到了极大的关注，在很多科学领域都有广泛的运用，是研究具有复杂几何对象的有力工具。粗糙度的研究也可以利用这一工具，本文提到了研究表面粗糙度的若干分形模拟方法。     

零件表面轮廓曲线的统计分析

用显微镜和高分辨率摄像头,把机械零件的表面轮廓曲线作为随机信号图象进行统计识别和时间序列分析。从而研究若干有用的特征参数,以便甄别传统表面粗糙度评定中的误判现象。     

采用分形理论与微分几何的摆线针轮形貌模型

根据分形理论与微分几何,应用Weierstrass-Mandelbrot函数与矢量函数构建了摆线轮齿与针齿的表面形貌模型,该模型综合体现了摆线轮齿与针齿的宏观特征与微观特征;应用MATLAB绘制了各向同性粗糙针齿及单个摆线轮齿的二维截面图,构建了摆线轮齿与针齿的接触比例系数。通过分析可知:接触比例系数随啮合点的变化而变化,且针齿与摆线轮齿内凹部分接触时的接触比例系数远大于针齿与摆线轮齿外凸部分接触时的值;接触比例系数随分形维数的增加而减小,随摆线轮与针轮中心距的增加先增大后减小,随特征尺度、针齿半径和针轮齿数的增加而增大。     

弹头表面磨损形貌的分形研究

应用分形理论对弹头磨损表面形貌进行了研究,研究表明,其表面磨损形貌的不规则和随机分布性具有分形特征。应用轮廓仪对不同枪支发射子弹的弹头磨损表面进行数据采集并计算出其分形维数,其研究结果表明:不同枪支发射子弹时,造成弹头表面磨损程度不同,其分形维数也不同。因此可将其分形维数作为描述弹头表面磨损程度特征量,会比较有效、方便地分析弹头表面形貌变化的特点,为推断发射子弹枪支提供了依据,也为弹头痕迹的量化检验进行了一种新的探索。     

基于分形几何理论的粘着磨损模型

在对Ｍ－Ｂ接触分形模型改进的基础上,根据阿查得粘着磨损理论导出了基于分形参数的粘着磨损模型。根据该模型可知,当分形维数在某一范围时,磨损率随分形维数的减小而迅速增大;而在另一范围内,磨损率随分形维数的增大而增大;当分形维数等于１５时,磨损率达到最小值。当分形维数一定时,磨损率随尺度系数。磨损概率常数的增大而增大,随材料性能参数的减小而增大;当其余各影响参数保持一定值时,磨损率随接触面积的增大而增大。     

基于分形几何理论的粘着磨损模型

在对Ｍ－Ｂ接触分形模型改进的基础上,根据阿查得粘着磨损理论导出了基于分形参数的粘着磨损模型。根据该模型可知,当分形维数在某一范围时,磨损率随分形维数的减小崦迅速增大;而在另一范围内,磨损率随分形维数的增大而增大;当分形维数等于１．５时,磨损率达到最小值。当分形维数一定时,磨损率随尺度系数、磨损概率增大而增大,随材料性能参数的减小而增大;当其余各影响参数保持一定值时,磨损率随接触面积的增大而增大。     

关于光学表面微观轮廓粗糙度标准的探讨

讨论提出了光学超光滑表面微观轮廓纳米及亚纳米计量标准问题,指出,现有的GB/T 1031-2009粗糙度数值标准不能满足光学表面微观轮廓的纳米及亚纳米计量要求。为此,建议制订新的专用的光学表面粗糙度标准,以适应现代光学快速发展的需求。     

微细铣削加工表面形貌的分形特征

微细铣削加工表面形貌特征的评价与表征对微细切削加工表面的形成机理、加工表面的形成与工艺参数之间的关系等的研究有重要意义。应用分形几何理论,采用盒计数法对微细铣削加工表面形貌进行研究。结果表明:微细铣削表面具有明显的分形特征,其盒计数维数在1.32～1.42之间,说明其加工表面形貌比较复杂,同时证明加工表面轮廓的分形维数D与表面粗糙度Ra没有相关性,进而可以从分形维数D与表面粗糙度Ra两方面对微细铣削加工表面形貌特征进行综合评价。     

粗糙表面形貌的表征及应用

将粗糙表面视为随机过程，通过表面频谱分析，给出了包含关于表面轮廓高度、梯度、曲率方面信息的表征参数，该方法是对以往仅考虑表面高度的表征方法的改进。此外，还研究了轮廓的统计特性，这些统计特性与轮廓的功率谱密度有关。