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．     

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。     

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。     

材料三维表面微观形貌的布朗运动分形度量

以分形布朗运动模型为基础，试验研究了分形参数与材料表面微观形貌多间的关系，结果表明；分形参数可以反映三维表面微观形貌的起伏程度，它是度量高球化级别的球墨表面形貌的一个理想参数；采用多尺度分形方法，分形参数可以反映不同韧性的球墨铸铁断口微观形貌的细微差别。     

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。     

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.     

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。     

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．     

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.     

外圆磨削表面轮廓的分形行为研究

运用实验方法研究了外圆磨削表面的分形特征,实验结果表明,随表面粗糙度评定参数Ｒａ呈单调递减关系;随加工工件的转速呈单调递减关系;分形维数随磨削深度呈单调递减关系．     

灰度阈值对图像分形特征参数提取的分析

表面形貌的分形维数作为表面形貌描述的特征参数与表面形貌灰度图像二值化转换阈值θ密切相关.在灰度图像的二值化转换过程中,合理选取的二值化转换阈值θ*应能够通过从考察对象中所提取的分形维数来较好地表征表面形貌的相关特征.从实例可看到:灰度图像的二值化转换阈值θ存在着极大值θmax和极小值θmin,当θ>θmax或θ<θmin时,从灰度图像二值化转换过程中所获取的计算分形维数的所有信息将会达到饱和状态.基于θmax和θmin,得到了合理选取的二值化转换阈值θ*的经验判据关系.     

基于原子力显微镜的纳米级表面粗糙度测量

简要介绍了评定表面粗糙度参数的基准线及其主要的两个轮廓高度评定参数,详细阐述了重庆大学研制成功的一种高精度原子力显微镜--AFM.IPC-208B型机的工作原理及其系统结构,着重论述了它在纳米级表面粗糙度检测上的应用.以不锈钢为实验样品,观测了不锈钢表面的微观结构,通过专用的计算程序,对所采集到的表面数据进行了分析和处理,得到了该表面的两个轮廓高度评定参数Rz和Ra值,最后对实验结果进行了简要的分析.     

沙粒粗糙度和粒径分布的分形特性

提出了一种度量沙粒粗糙度和沙粒粒径分布的分形维数的计算方法,用分规法和周长面积法度量沙粒平面剖面线的不规则性,用Ｗｅｉｂｕｌｌ分布模型分析研究沙粒粒径分布的规律。结果表明：沙粒的表面粗糙度越大,其分形维数越大;沙粒组成中的细沙越多,其分形维数越大。同时表明分形几何可用于不规则图形和破碎模型的定量研究。     

路面不平度的分形特征

利用激光式不平度测试仪测定了混凝土路面、砖路面、土路面的不平度,采用均方根法计算了3种路面的分形维数,分别为1.845,1.689和1.561.结果表明:分形维数越大,则轮廓曲线越复杂,充满空间的能力也越强,细节越丰富;而分形维数越小,则细节越少.提出了路面不平度指数的概念,路面不平度指数具有描述路面不平度的唯一性,是路面分级的主要指标之一.3种路面的路面不平度指数相差很大,分别是:混凝土路面为1.237,砖路面为3.435,而土路面达14.610.