随机抽样在粗糙表面接触力学行为分析中的应用

为研究表面粗糙度对接触表面力学行为的影响规律,结合表面粗糙度的加工参数和随机抽样方法,对服从正态分布和预设粗糙度的表面轮廓曲线进行了模拟.根据统计得到的模拟轮廓曲线几何形态的共性特征,建立了基于圆锥与平面接触的三维粗糙表面接触力学模型,推导出平面几何压力与粗糙表面微凸体变形间的定量关系.分析结果表明:服从正态分布的轮廓高度曲线中的峰角顶点数目约为样本容量的1/3;圆锥压入平面时平均压力/材料纯剪应力的比值与其半角呈二次方关系;表面粗糙度越大,轮廓曲线的起伏越大,两接触面相互嵌合越容易;表面粗糙度越大,材料屈服强度对接触微凸体变形的影响也越明显.     

微犁削成形金属表面的微观形貌特征

综合粗糙度和分形维数两种评价方法对微犁削成形金属表面的微观形貌进行分析,研究微沟槽表面形貌特征及加工参数对其的影响规律.研究表明:微犁削沟槽表面不同位置的轮廓分形维数和轮廓粗糙度均符合特定统计规律,且轮廓分形维数平均值和轮廓粗糙度平均值存在较强的正相关性;在一定的加工参数范围内,槽深的增大和加工进给量的减小使沟槽表面轮廓分形维数和轮廓粗糙度的均值上升.文中还基于实验数据,利用改进的W-M分形函数建立了描述上述形貌特征的微犁削沟槽表面数字化模型,为微犁削成形表面功能结构的仿真与主动设计奠定了基础.     

新的柔性结合部法向接触刚度和接触阻尼方程

以修正分形几何学理论和赫兹法向接触力学方程为基础,推导出了柔性结合部法向接触刚度与阻尼方程。假设峰元顶端的曲率半径为变量,提出了一种全新的求导函数而非偏导函数的求解方法,建立了单峰元与平面接触的法向接触刚度方程。数值模拟表明:峰元承担的法向弹性载荷与其顶端的变形量之间符合非线性幂函数凹弧关系;降低表面粗糙度或增加法向接触载荷都将增大实际接触面积;当表面粗糙轮廓分形维数在较小范围内时,实际接触面积随着表面粗糙轮廓分形维数的增加而增大,而当表面粗糙轮廓分形维数在较大范围内时,实际接触面积随着表面粗糙轮廓分形维数的增加而变小;降低表面粗糙度或增加表面粗糙轮廓分形维数与法向接触载荷皆将增加法向接触刚度;法向接触阻尼随着表面粗糙轮廓分形维数的增加先减小后增大;当表面粗糙轮廓分形维数小于临界值时,法向接触阻尼随着分形粗糙度的增大而增大,而当表面粗糙轮廓分形维数超过转折点时,法向接触阻尼随着分形粗糙度的增大而减小;当法向接触载荷增大时,法向接触阻尼略微减小。     

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。     

电火花线切割加工表面形貌分形特征

针对电火花线切割加工表面形貌不规则、无序性等特点,基于分形几何理论,研究了电火花线切割加工表面形貌的分形特征,利用结构函数法计算其分形维数,并给出了电火花线切割表面特征分形维数的物理意义.研究表明:电火花线切割表面形貌在一定尺度范围具有明显的分形特征,加工参数的设定、脉冲电源的性能等因素影响分形维数D的大小,分形维数D和表面粗糙度Ra有一定的对应关系,将分形维数D和表面粗糙度Ra结合起来描述线切割加工表面的形貌特征更为合理.     

基于白光干涉泥岩表面形貌试验研究

基于白光干涉法,以泥岩作为研究对象,对泥岩抛光表面形貌进行了测定,并采用统计学方法和分形几何方法对泥岩抛光表面形貌二维图像的粗糙度和分形维数进行了分析。结果表明:统计学方法得到的粗糙度参数反映的是泥岩抛光表面局部形貌,不具有唯一性;分形几何法得到的分形维数是岩石表面形貌的固有参数,不依赖于测定仪器的分辨率和取样长度,具有唯一性。     

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．     

激光切割表面三维形貌的分形特征

利用白光干涉仪测量激光切割碳素钢表面轮廓数据,应用分形几何学分析激光切割表面的三维形貌特征.采用盒计数法计算激光切割表面的三维分形维数.结果表明：不存在一个超越尺度范围普适的分形维数,只有当尺度r小于轮廓最大高度Ry,才表现出分形特征.对同一激光切割表面进行表征时,同尺度的Ra沿厚度方向变化波动较大,分形维数Db能够对整体表面形貌的复杂程度有着较稳定的表征.分析激光切割表面的三维形貌特征,分形维数表征激光切割表面微观结构的复杂程度,表面粗糙度可对激光切割表面轮廓高度特性进行辅助评价.     

典型机械加工表面形貌统计参数分析

为得到粗糙接触表面接触模型的计算参数,开展了典型机械加工表面的统计参数分析与研究.采用表面轮廓仪测量了典型加工方法下得到的不同粗糙值的表面形貌数据,根据ISO 11562标准,使用零相移高斯滤波对表面轮廓进行处理得到表面粗糙度数据;基于三次样条曲线拟合的方法和凸峰独立的原则,提出一种新的凸峰定义方法,分析拟合后的数据得到表面凸点的高度分布函数、凸点平均半径和密度等接触模型计算参数.分析结果表明:粗糙度参数对高度分布函数、凸点平均半径和密度均有显著的影响,而加工方法对平均曲率半径影响较小,对高度分布函数和密度影响较大.     

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.     

新老混凝土粘结面人造粗糙度表征及性能研究

提出了一种改进的老混凝土表面人造粗糙度处理方法,并进行了试验研究.首先采用数字图像法采集粗糙表面的三维轮廓数据,然后依据分形理论进行数据处理,并用分形维数表征人造粗糙度;再利用自编的MATLAB程序实现粗糙表面的三维重建以验证数字图像法的准确性;最后,研究了老混凝土表面粗糙度与新老混凝土粘结性能的相关性,结果显示,人造粗糙表面是一种分形结构,可采用分形维数表征其粗糙度;新老混凝土粘结抗折强度f与老混凝土表面的分形维数D呈正相关性,存在近似关系f=kD+b,其中k,b为拟合系数;数字图像法在试验的数据采集、处理分析以及界面形貌的三维重建阶段都具实用性.     

节理面形貌参数相关性分析及粗糙度量化分级研究

以岩石自然节理面为研究对象,对节理面形貌进行了测量,建立了节理面三维形貌图,在此基础上计算得到了5个形貌参数,以中心线平均高度均方根为基准,对参数之间的相关性进行了研究.在形貌参数测量的基础上,选取3个形貌参数,采用模糊数学方法,实现节理面粗糙度的量化,对粗糙度进行了分级,并对形貌参数与粗糙程度指标之间的依存关系进行了研究.研究表明,中心线平均高度与均方根呈线性正比例关系,峰态系数、偏度系数及表面微凸体倾角均方根值与中心线平均高度均方根值的比值与中心线平均高度的均方根值为幂函数关系.粗糙度量化分级研究结果表明,粗糙度量化分级指标与静摩擦因数及静摩擦角有明显正比例线性关系,静摩擦因数、静摩擦角及量化分级指标与中心线平均高度均方根值的比值与中心线平均高度均方根值为幂函数关系.通过各参数相互之间的定量函数关系,可得到相关性系数,进而实现形貌参数对节理面粗糙程度及摩擦力的估算.     

岩体不连续面的几何特性与剪切强度的关系

利用新开发设计的三维非接触式激光表面形状测定仪,在精确测定岩体不连续面的表面形状的基础上,建立了新的岩体不连续面的分形几何模型,模型中的两个分形参数定量表述了岩体不连续表面形状的几何特性（一级倾斜度和高级次起伏度）,并进一步提出了由这两个分形参数组合出的代表岩体不连续面表面粗糙特性的平均粗糙角Ｕ的概念和计算方法。最后,结合岩体不连续的剪切强度实验,建立了剪切强度与分形参数有及平均粗糙角Ｕ间的定量关     

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.     

基于频谱分析的织物粗糙感

传统研究一般通过测试织物表面的几何粗糙度和摩擦性能来预测粗糙感,而认知科学家发现,栅栏粗糙性的辨别取决于表面纹理波动曲线的谐波成分及纹理间距.为深入揭示织物粗糙感的形成机制,基于织物的表面形貌曲线,计算平均粗糙度,统计不同波动高度下的纹理间距,并采用傅里叶方法提取频域内谐波特征,比较分析这些特征值与粗糙感之间的关系.研究表明,织物的粗糙感差异取决于表面波动曲线频域内谐波的最高峰高度,而粗糙感不仅与平均粗糙度有关,也与表面纹理间距有关.     

基于分形多孔介质输运的金属垫片泄漏研究

引入分形多孔介质理论对金属垫片的泄漏机理进行研究,建立了微孔结构与泄漏特性之间的本构关系式.基于粗糙峰分形接触模型获得了密封载荷与微孔结构几何参数之间的关系,建立了金属垫片泄漏率的理论预测模型,理论预测值与实测值比较符合,从而验证了模型的准确性.进一步分析表明:相较于材料力学特性,垫片表面粗糙特性对泄漏率的影响更为显著,尺度系数的减小可明显改善界面密封特性,而表面分形维数D的影响则较为复杂,当D=1.5时对密封特性最为有利.     

基于分形理论的接触式机械密封端面泄漏模型

目前对于密封的大多数研究都基于密封端面形貌和摩擦条件不变的假设,且大多忽略了密封端面形貌对泄漏的影响,也并未从微观角度考虑端面形貌的影响.基于分形理论,将动、静环端面的接触简化为粗糙表面与理想刚性平面的接触,建立了机械密封的泄漏模型,并对各分形参数、端面比载荷和材料参数对泄漏率的影响进行了研究,得到了机械密封分形维数D和端面比载荷p_○g与其泄漏量Q成反比;而特征长度尺度参数G和综合弹性模量E与其泄漏量Q成正比.计算泄漏率与实验数据验证了模型的准确性.     

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.     

符合Gauss分布规律的随机粗糙表面数值模拟

为了研究目标表面激光和红外光散射特性,首先必须对材料表面粗糙度进行数值模拟,这是表面散射特性研究中的基础和关键.本文按照指数自相关函数关系建立二维粗糙表面统计分布规律数值模型,对随机粗糙表面轮廓进行描述,由计算机模拟生成粗糙度相关参数,如高度平均值、相关长度和均方根高度,进而生成随机数值表面.并结合实测的抛光花岗岩表面粗糙度相关参数进行模拟,其表面状态符合Gauss分布规律.     

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。