摩擦力和摩擦振动的分形行为研究

在不同的摩擦磨损试验机上提取了摩擦磨损过程中摩擦力和摩擦振动的时间序列信号,采用关联维数方法研究了摩擦力和摩擦振动的分形行为．结果表明：摩擦力和摩擦振动信号具有分形特征;随着摩擦磨损过程的进行,信号分形维数的变化出现规律性的递增或递减;对于“收敛”或磨合磨损过程,不同阶段摩擦信号的分形维数趋于增大;对于“发散”的摩擦磨损过程,不同阶段的摩擦信号的关联维数趋于减小．摩擦力和摩擦振动的分形维数的变化规律同摩擦磨损过程中表面形貌分形维数的变化规律相似。     

完全发展的非对称槽道湍流的分形维数研究

湍流的分形维数刻画了湍流的统计正则性 ,本文利用正交子波变换对完全发展的非对称槽道湍流脉动速度的实验数据进行了分析研究。文中首先将脉动速度信号分解到各个尺度 ,然后利用正则法和盒子法两种方法计算了不同尺度信号的分形维数 ,着重于考虑分形维数的变化趋势。研究结果表明 :(1 )随着信号分解尺度的增加 ,速度信号的低频部分和高频部分的维数都逐渐减小 ;(2 )逆输运现象对速度信号的分形维数没有本质的影响 ;(3)正则法计算得到的分形维数要略大于盒子法得到的分形维数     

表面轮廓分形维数计算方法的研究

阐述了表面轮廓分形和分形曲线的基本概念，对目前常用于表面轮廓分形维数的４种计算方法的基本思路作了评介，指出这些方法的计算结果都存在一定的偏差，对选择不同计算尺度得到的分形维数表现出较大的不稳定性，致使分形维数难以准确地反映表面轮廓的真实复杂特征．根据表面轮廓的均方差与区间尺度成比例的性质，提出了表面轮廓分形维数计算的协方差加权法．通过与Ｗｅｉｅｒｓｔｒａｓｓ－Ｍａｎｄｅｌｂｒｏｔ分形函数曲线的分形维数计算的比较，协方差加权法所得表面轮廓分形维数的稳定性良好，计算结果的准确性也明显提高，可以简化表面形貌的识别过程，为摩擦学研究中更准确地描述粗糙表面的复杂特征提供了一种简便适用的新方法．     

摩擦信号分形维数与载荷和速度的关系研究

在立式万能摩擦磨损试验机上对GCr15/45#钢摩擦副进行不同接触载荷和滑动速度下的摩擦磨损试验,对初始滑动距离1 000 m内的摩擦系数信号进行数据采集,运用结构函数测度方法对摩擦系数信号进行分形表征,计算不同载荷和速度下的分形维数,研究摩擦信号的分形维数随载荷和速度的变化规律.结果表明,摩擦系数信号具有显著的分形特征,其分形维数随载荷和速度而变化.在相同载荷下,分形维数随滑动速度增加而增大;在相同速度下,分形维数随着接触载荷增加而增大.磨损率与摩擦系数信号的分形维数正相关.     

基于改进的传递矩阵法识别电主轴系统滑动轴承油膜特性系数

针对高速电主轴系统在重载下滑动轴承油腔复杂的情况,以及油膜特性系数不便于直接获取的难题,提出了基于改进的传递矩阵法识别滑动轴承油膜特性系数的参数识别方法。该方法将参数识别问题转化为最优化问题,通过最小化电主轴系统不平衡响应的实验值和计算值的偏差来识别滑动轴承油膜特性系数。针对建立电主轴系统动力学模型时要考虑电机转子的自重和电磁转矩的问题,提出改进Riccati传递矩阵法,建立滑动轴承油膜特性系数和转子不平衡量参数识别中的流固耦合动力学模型,引入电机的自重和电磁转矩,扩大状态向量维数为十维,获得计算电主轴系统的不平衡响应的位移传递矩阵模型。并采用隔代映射遗传算法来寻优。最后通过数值算例对这一方法的效率和精度进行了验证。     

图像维数计算方法及其实质研究

基于颜色单元体模型,本文提出了一种间接量测表面形貌的新方法——真彩图像维数计算方法,并通过激光表面仪扫描实验对此进行了验证。该计算方法的提出,使在表面形貌的实验研究中用拍摄数码照片方法取代激光表面仪扫描成为可能。比较研究显示,该方法具有简单、方便、直观和扫描范围大等优势,是表面形貌实验研究手段上的一大改进。本文还分别探讨了二值化图像,灰度图像,真彩图像的分形特性,剖析了三类图像维数的物理实质。比较研究结果显示,对于同一试样,真彩图像维数最大,灰度图像次之,二值化图像维数最小,其维数在区间[1,2]内。以此说明,二值化图像维数是曲线维数,灰度图像维数仅考虑了颜色明度值的影响,只有真彩图像维数充分考虑了色彩、色饱和度和明度值的"贡献",该维数才是"全局"意义上的图像维数。     

小波-分形联合的结构损伤无损振动诊断

基于小波的强局部分析能力和分形的强非线性处理能力,提出了结构损伤诊断的小波细节关联维分析方法。该方法由两个主要步骤构成:首先采用快速二进小波变换àtrous算法对振动检测波进行多分辨率分析,并利用àtrous算法的可加性重构特性和小波细节频谱保证标准(WDFSAC)确定含损伤信息的关键频段;然后对关键频段内的小波细节进行关联维分析,产生关联积分和关联维计算曲线作为损伤诊断平台,并在关联维计算曲线的灵敏尺度区间内设立关联维阀值判据,实现结构损伤的参数化诊断。通过数值和物理实验对方法进行充分检验,实验结果说明,该方法不依赖模型进行损伤诊断,具有较强的弱损伤诊断能力和噪声免疫能力,构成了一条可行、有效的结构损伤无损振动诊断技术路线。     

汽车悬架隔振性能-混沌特征关系的实验分析

给出了汽车隔振基本原理,提出了悬架振动的混沌描述问题。采用汽车制动-悬架隔振效率实验台获取了实验汽车前、后悬架的振动曲线,对其计算了系统参数如一阶固有频率和阻尼比,并计算了混沌参数如最小嵌入相空间维数Mmin和关联维D2,获得了汽车悬架的隔振性能-混沌参数-系统参数三者之间的对应关系。研究结果表明:①对于吉普车型,可采用最小嵌入相空间维数Mmin评价前悬架隔振性能的变化,Mmin值越小,隔振性能趋差,对应于前悬架的刚度和阻尼值越小。②对于不同车型,可采用关联维D2区分吉普车型或轿车型的悬架,吉普车型的D2值高于轿车型。     

单轴下岩石声发射参数的分形特征

通过采集大理岩和红砂岩单轴压缩声发射信 号,引入关联分维函数,计算了不同应力水平下的声发射过程时间序列的关联维数,得 到了关联分维数与应力水平的变化关系. 结果表明,在同一应力水平下,随着$m$值的 增大, AE过程的分形特征越不明显;在不同应力水平下,关联分维数不同, AE过程参数具有不同的自相似和分形程度. 同时发现,声发射过程参数的分形特 征具有一定的尺度范围.     

单自由度体系地震动力响应的混沌特性分析

引入非线性动力学理论和混沌时间序列分析方法考察地震动作用下单自由度体系动力响应的混沌特性。输入典型近断层地震动记录,定量计算了代表性周期的单自由度弹性和非弹性体系加速度响应时程的非线性特性参数。计算表明,这些加速度响应的关联维数为分数维,最大Lyapunov指数大于0;地震动激励下单自由度体系的地震动力响应具有混沌特性,不是完全的随机信号,为理解结构地震动力响应的不规则性与复杂性提供了新思路和新视角。     

分形力学的数学基础

在分形空间考虑的力学称为分形力学。由于分形理论的特点,分形力学的描述需要引入新的空间概念、新的数学手段和方法。本文从介绍空间、测度和维数入手,引入了分形空间,Ｂｅｓｏｖ空间和分形插值方法,进而介绍了在分形边界和分形体中力学量和力学定律的定义。      

The theory of fractal interpolated surface and its applications

I.IntroductionFI.actillilltcrpolationwastlrstpEltforwardbyunA]ncrica1llathematician,M.F.Barllsley.in1986.ItgivesanewInethodologytardataf'ittillg,whichnotonlyopedsupanewresearch11eldfol'tilnctiollappl'oachingtheory,butalsoprovidespowerfultoolsforcolnptltcrgraphicsThistool'sapplicabilityisnowfilllyappreciated.Theuseoflinearfunctions,polynomialfunctionsandSurtllcespringfunctionstoestablishvariousmeterialobjectmodelsinreallifefi-omtraditionalEuclideangeometryisnowcommonpractice.Theavailabilit…     

河北平原地区断层系的分形特征分析

断层形成机理的复杂性和时空展布的不规则性,传统的评价方法往往很难取得令人满意的定量化结果,应用分形理论可以对断裂构造系进行定量评价,断层分维是断层数量、规模、组合方式及动力学机制的综合体现,因此分维值的大小可以作为断层构造复杂程度一个定量化指标。运用分形理论,对河北平原区主要断裂构造带进行了定量评价。得出河北平原区NNE向分维值为1.358,纬向断层系分维值为1.183,河北平原区活断层系空间分维值较高,这和研究区地震活动频繁、地质灾害多发一致。最后对河北平原区、渭河盆地和川滇断层系分形值和地震活动性进行了分析对比,发现地震空间分布和分形值的大小有对应关系,且渭河盆地、川滇的分形值大于河北平原地区,河北平原所发生的地震多沿NNE向呈带状分布。     

多孔介质输运性质的分形分析研究进展

首先对多孔介质输运性质的传统实验测量、解析分析和数值模拟计算研究进展作了扼要的评述.然后,着重综述采用分形理论和方法研究多孔介质输运性质分析解的理论、方法和所取得的进展.最后,指出采用分形理论和方法有可能解决其它尚未解决的有关多孔介质输运性质的若干课题和方向.      

Fractal geometry derived from geometric inversion

In this paper,the conception of fractal geometry derived from geometric inversion isintroduced.A ramified self-inverse fractal with symmetry and a self-inverse fractal dust setare constructed.The authors extend the conception of the fractal osculation and propose anew notion—fractal envelope.Finally,two examples of self-inverse fractal(soap and egg)are given.     

滑坡分维特征及其预测意义

本文依据分形理论，采用盒维数法计算了西藏樟木地区滑坡及其水系的空间分维。分析了分维的变化特征。发现滑坡高潮期前存在不同幅度的降维现象，滑坡区滑坡活动程度不同，其水系分维在不同观察尺度下变化幅度有显着的差别。探讨了分维的预测意义。     

Incorporating truncated fractal distribution into Maxwell model to quantify thermal conductivity and its uncertainty in heterogeneous multiparticle systems

An approach is developed to examine the mean and uncertainty of thermal conductivity of a heterogeneous multiparticle system, where the particle concentration or void fraction is treated as a truncated fractal distribution. The truncated fractal distribution is then integrated into the Maxwell model, which is equivalent to a cell model in which the multiparticle system is conceptualized as a spherical fluid cell that envelopes a solid particle. The developed mean thermal conductivity is compared with four experimental data sets of liquid-saturated media from the literature. The effect of fractal characteristics is quantified and discussed. Incorporating particle concentration or void fraction truncated fractal distribution can better capture scatters in the experimental results. The thermal conductivity and its standard deviation decrease with increasing fractal dimensions. When the void fraction is truncated fractal, the uncertainty increases mostly in the low mean void fraction range and drops more quickly with the increasing mean void fraction compared to the case where the particle concentration is truncated fractal. In a typical case of multiparticle system when the solid particles are more conductive than the fluid, the faster increase rate of standard deviation with the ratio of solid over fluid conductivities occurs when the mean void fraction is smaller.     

Effects of fractal crack

Experimental results indicate that propagation paths of cracks in geomaterials are often irregular, producing rough fracture surfaces which are fractal. In this paper, crack tip motion along a fractal crack trace is discussed. A fractal kinking model of the crack extension path is established to describe irregular crack growth. The length, velocity and kinking effects of the fractal crack are analysed. A formula is derived to describe the effects of fractal crack propagation on the dynamic stress intensity factor and on crack velocity. Finally, expressions of stress and displacement fields near the fractal crack tip are given.     

脆性材料裂纹扩展的分形运动学

大量实验结果表明脆性材料裂纹扩展路径是弯弯曲曲的，不规则的，断裂表面粗糙不平，表现出分形特征。本文应用分形几何推导出脆性材料裂纹扩展的分形运动学公式，得到了动、静态断裂韧性与分形裂纹扩展速度、裂纹长度、微结构特征量δ＿ｃ以及分形维数之间的关系；推导出了裂纹扩展速度的计算公式，得出宏观量测的裂纹扩展速度Ｖ＿０应小于分形裂纹扩展速度Ｖ；并推导出直接根据材料动、静态断裂韧性和裂纹扩展速度Ｖ＿０估算材料裂纹扩展路径的分维计算公式．本文理论分析结果与实验值在定性定量上达到了较好的一致。     

Fractal dimension as a characteristic of deformation stages of austenite stainless steel under tensile load

A technique for defining the fractal dimension of the deformed specimen is considered by using surface relief images obtained from a scanning electron microscope. By subjecting the austenitic stainless steel specimen to a step-wise increase in load, the fractal dimension is observed. Surface mesostructure could be characterized by discrete fractal dimension. The spectrum of the fractal data agrees with the self-affinity function calculated from the universal material constant. A correlation is established between the step-wise increase in the fractal dimension and the specific energies dissipated in the deformed specimen.