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.     

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．     

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.     

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。     

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.     

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.     

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.     

铣削表面微观几何形貌仿真方法研究

通过表面微观几何形貌仿真,可以预测被加工表面粗糙度,为合理选用切削用量提供科学依据。以常见的球头铣刀、面铣刀、圆柱铣刀为例,研究了铣削表面微观几何形貌仿真建模方法,开发了相应的仿真软件系统。通过仿真分析与实验结果对比,证明所建立的仿真系统是可行、有效的。     

中间尺度零件微细铣削加工工艺

论述了中间尺度零件微细铣削加工关键使能技术,然后介绍了自行研制的小型精密数控微细铣削系统,其定位精度可达1.53 μm.最后开展机床加工工艺实验研究,采用直径0.2 μm的端铣刀进行平面微细铣削加工,获得表面粗糙度值为215 nm;采用直径0.2μm的球头铣刀进行微直槽加工,尺寸误差在1-2μm以内;并进行了微螺旋槽、微齿轮及微半球典型结构件的微细铣削加工实验.分析结果表明系统已经具备了对中间尺度三维微小零件的微细铣削加工能力.     

基于点云的超精密铣削加工三维表面形貌仿真

基于刀刃扫掠点点云方式,提出一种超精密加工三维表面形貌模型.通过对加工部分刀刃在加工过程中的运动学描述,将三维表面形貌用离散点云数据表达.根据加工曲面信息和采样点数目对仿真区域进行划分并建立随动包容盒,对包容盒内数据进行数值分析和空间变换计算以获得工件三维表面形貌.算法仿真与表面轮廓仪测量结果表明：该仿真算法能够表征超精密铣削加工下工件表面双向残留高度特征,并体现出刀具切入相位角对表面形貌的影响,为三维表面形貌超精密加工提供了一种新的思路.     

金属材料表面腐蚀形貌分形特征提取

通过计算机图像处理技术对海水－H2S介质和工业循环水中腐蚀的碳钢进行了SEM图像分析。结果表明，碳钢表面腐蚀形貌具有统计自相似性，即分形特征；用盒子维法测定其表面形貌分维值分别为2.822和2.805，与实测腐蚀速率相吻合。分维值的大小反映了腐蚀过程中碳钢表面凹凸起伏和不规则等复杂程度，是腐蚀专家系统中定量描述金属表面腐蚀形貌的主要特征参数之一。     

腐蚀砂浆锚固体形貌特征及分形维数

在砂浆锚固体腐蚀物理实验过程中所获得扫描电子显微镜(SEM)图像的基础上,通过图像处理技术提取了砂浆锚固体微观形貌特征,利用分形理论对形貌特征进行了定量描述,并建立了分形维数和砂浆锚固体的宏观粘结强度之间的关系,最后进行压汞试验,并与SEM图像处理的结果作对比分析。结果表明:随着腐蚀时间的增加,受力工况和未受力工况下锚固体的孔隙率均成线性增大,孔隙数量逐渐减少,孔隙的分形维数逐渐降低,分形维数和孔隙率成负线性关系;随着分形维数的减小,砂浆锚固体的粘结强度先增大后减小。压汞试验的测试结果与图像处理的结果对比,发现误差在5%~7%范围内。     

不同退火温度下ZnO薄膜表面形貌的演变及粗化机制

采用磁控溅射方法在Si(001)制备ZnO薄膜,利用原子力显微镜对不同退火温度的ZnO薄膜表面形貌进行表征.结果表明:薄膜的微观形貌、表面粗糙度和分形维数取决于退火温度的变化.在退火温度从室温上升到1000℃过程中,薄膜表面粗糙度逐渐降低,700℃降至最小,而后又迅速粗糙.探讨了不同退火温度下薄膜表面的粗糙机理.     

一种用于MEMS动态测量的最优盒计数分形维数算法

在微机电系统（micro electromechanical system,MEMS）的动态测量中,利用分形插值法可以提高MEMS器件面内位移测量的精度,利用图像边缘的分形特征,还可以实现离面位移和旋转角度的测试。而分形维数（fractal dimension）的计算又是这些方法的关键。在研究目前最常用的分形维数计算方法差分盒计数法（difference box counting, DBC）的基础上,提出了一种对“空盒子”不予计数的最优盒计数分形维数算法,克服了差分盒计数法存在“空盒子”被计数的缺陷。理论分析和实验结果表明,该算法获得的分形维数更接近于理论维数。     

递归分形插值曲面的变差

在求解函数图像维数过程中,分形插值函数的变差可以代替盒维数公式中最少盒子数,从另一个角度得到函数图像的盒维数公式.从研究二元连续函数的变差性质入手,给出了矩形区域上递归分形插值曲面(RFIS)的变差估计,为递归分形图形维数的研究提供一种新方法.     

酸压裂缝内酸液指进的计算机模拟与分形研究

酸压裂缝内,低黏度酸液在高黏度前置液中发生指进现象.该现象对酸压施工效果有非常重要的影响.指进现象的内在随机性、复杂的酸岩反应以及酸液重力等因素的影响使得酸液指进形态非常复杂,采用传统方法不能进行准确研究.改进了扩散限制凝聚模型,建立了酸液指进扩散限制凝聚模型;根据正交设计,共进行了9次模拟,得到了不同模拟参数控制的酸液指进形态;采用数盒子方法求得所模拟的指进形态的分形维数平均值为1.67;通过极差分析发现,反映射孔孔眼间距的衬边中心距对指进形态的分形维数影响最大.