基于高清晰测量的多孔洞表面三维形貌分析

提出了一种基于双正交小波滤波方法来分析高清晰测量数据,实现了多孔洞表面三维形状误差和波纹度的分离.对连续表面和多孔洞表面进行仿真研究,以连续表面的滤波结果作为标准值,对于多孔洞表面的高斯滤波的三维波纹度参数SWa和SWt的偏差分别是153.7%和58.3%,而双正交小波的偏差分别只有0.50%和9.69%,从而验证了双正交小波变换在解决多孔洞表面形貌分析问题中的有效性.在发动机缸体顶面形貌分析中应用双正交小波滤波方法,有效地解决了传统滤波器的边界扭曲,得到了准确的三维形貌评定结果.     

若干理想表面的形貌参数特征

本文分别研究了若干理想不规则度表面和理想波纹度表面的形貌特征参数与它们的基本形貌参数之间的关系,在此基础上研究了含波纹不规则度表面的形貌特征参数与其不规则度和波纹度分量的形貌特征参数的关系,并研究了上述各类理想表面的形貌特征参数与采样间隔的关系。     

剪切作用下节理表面形貌变化

 岩石不连续面的粗糙度对节理岩体的剪切力学性质有重要影响。为研究剪切作用下节理表面形貌变化,对5组节理试样进行了2次剪切试验,借助三维非接触式高精度激光形貌仪(Talysurf CLI 2000)对每次剪切前后节理表面进行扫描测试,从微观和宏观方面分析了节理表面形貌在剪切作用下的变化,得出如下结论：(1) 节理峰值抗剪强度与节理表面形貌有较大关系;(2) 经过2次剪切试验,节理表面较高高度范围内峰点数量减少,较低高度范围内峰点数量增加;(3) 经过2次剪切试验,节理表面最大高度降低,凸起体高度普遍下降,中间高度凸起体分布增加;(4) 经过2次剪切试验,节理表面轮廓线的包络线呈下降趋势,平均轮廓线也呈下降趋势,下降高度与法向应力有关。     

表面波纹度几何特征的分析

本文在分析表面波纹度和粗糙度几何特征的基础上,提出没有必要寻求一个截然分离表面波纹度和粗糙度参数的看法。采用文中提出的模糊数学分析方法,建立表面波紋度隶属函数的數学模式,并按数学模式设计的表面波纹度测量仪,它不仅能获得分离的波纹度成,而且能测得符合实际表面的波纹度值。     

表面波度对平面摩擦副低速爬行的影响

对具有不同周向波度的平行同心圆盘摩擦副的临界爬行转速进行了对比试验，发 现当表面波度的波长确定之后，幅值太大或过小均使临界爬行转速升高，当圆盘尺寸 及工作条件确定之后，表面存在最佳波度。表面波度对平面摩擦副润滑性能的影响比 粗糙度显得更为重。科学地控制表面波度将是改善摩擦副低速防爬特性最经济、实 用、简单的方法之一。建议对表面形貌的评定要同时考虑其幅值特性和频率特性。     

Developments in characterization of surface topography of rock joint

The approaches to characterizing the surface topography of a rock joint can be simply grouped into statistical approaches and fractal geometrical approaches. This paper reviews the developments in characterization of the surface topography of a rock joint. Moreover, several problems of the current researches are also discussed.     

基于三维重构的原岩硬性结构面抗剪强度

节理面形貌特征是影响岩石节理面剪切破坏的重要因素。具有相同形貌特征的岩石节理面,沿不同剪切方向其力学行为存在差异性。结合三维激光扫描和3D打印技术,针对天然节理岩石的表面形貌进行逆向处理,将其制备为不同剪切方向的人工节理试样,并进行5种法向应力条件下的直剪试验。依据室内试验结果与理论分析,提出了定量计算节理面三维粗糙度与沿剪切方向接触面积有效系数值的方法,建立了不同剪切方向下含有三维形貌参数的抗剪强度模型。结果表明,影响剪胀角的因素与节理面的粗糙度系数和沿剪切方向接触面积有效系数值有关;沿不同的剪切方向会得到不同的剪胀角。基于剪切破坏的爬升和摩擦效应理论,并利用非线性拟合方法,得到峰值剪胀角的变化规律。最后,与已有的Barton抗剪强度公式进行对比分析,进而验证了该方法的合理性。     

基于有限元的不同粗糙度裂隙等效渗透性预测

含裂隙岩体的渗透性预测是分析油气开采、污染物迁移等渗透问题的基础。采用自行编写的子单元程序来求解不可压缩黏性流体的稳态Navier-Stokes流动方程,通过引入周期性边界条件(periodic boundary conditions, PBC)来消除以往的数值模拟中仅选用一小段裂隙而忽略裂隙延伸长度所产生的误差,并采用该方法探究了节理面粗糙度系数(joint roughness coefficient, JRC)、裂隙宽度以及裂隙两表面相互错动对裂隙渗透性的影响。结果表明：随着裂隙宽度的增大,JRC值对渗透性的影响减小;仅使用JRC值无法精确评估裂隙的渗透性。     

考虑三维结合部形貌的静摩擦因数非线性分形模型

考虑三维结合部形貌的W-M函数,推导了结合部静摩擦因数非线性分形理论模型.数值模拟了考虑三维形貌的结合部静摩擦因数与法向载荷P、分形维数D、分形尺度系数G的关系,以及在二维分形和三维分形模型中的差异.结果表明:结合部静摩擦因数与法向载荷成单调递增关系,与分形尺度系数成单调递减关系.当D小于2.5时,静摩擦因数随分形维数的增大而增大;当D大于2.5时,静摩擦因数随分形维数的增大而减小;三维分形下的静摩擦因数小于二维分形下的静摩擦因数.     

岩石节理面粗糙度的分形效应与试件尺寸影响分析

 岩石节理面的粗糙度是影响岩体形变、位移和强度的主要因素,准确量测岩石节理表面的粗糙度对评价岩石力学特性非常重要.根据分形理论,岩石节理表面具有分形特征,可用分形维数描述节理表面的起伏度,但是岩石节理表面粗糙度一般不具有严格的自相似分形性质,因此,表面分形参数(分形维数D和截距A)的量测结果受到尺度的影响.本文运用三维表面激光形貌仪扫描10个不同尺度的试件(尺寸为100mm×100mm—1000mm×1000mm),结果表明,D和A随试件尺寸增大而减小,两参数都有尺度效应,但存在一个极限尺寸.综合考虑岩石表面尺寸、试件长度以及测量尺度对岩石节理表面粗糙度的影响,提出可靠的分形测量途径.