磨粒积聚与磨损表面之间的分形维数关联性研究

在环端面接触磨损试验机上，采用45^#钢—铜配副进行磨损试验，收集不同磨损阶段的磨屑，用光学显微镜进行统计，分析磨粒积聚与磨损表面之间的分形维数关联性．结果表明，磨粒积聚数与其粒径之间存在显著的分段分形特征，第二分形维数同试验时间具有反抛物线函数关系．对磨损表面轮廓的分形测量表明，磨损表面的分形维数变化也具有相似的反抛物线函数关系．此外，磨损表面分形维数同磨粒积聚分形维数具有很好的相关性，但二者之间在磨合前后的对应关系稍有差别；磨粒积聚第二分形维数同磨损率变化成反比．     

岩石节理(断裂)表面的多重分形性质

提出了新的投影覆盖法———ＰｒｏｊｅｃｔｉｖｅＣｏｖｅｒｉｎｇＭｅｔｈｏｄ（ＰＣＭ），并结合无接触激光表面测量技术直接测定出断裂表面分维值Ｄ∈［２，３）．建立了表面粗糙性投影覆盖概率函数，分析了节理（断裂）表面的多重分形性质．     

PEN薄带在沙尘环境中磨粒磨损分形特征研究

选取聚萘二甲酸乙二酯(PEN)薄带在ATM自动取款机摩擦学系统中进行了沙尘磨粒磨损试验,利用表面形貌仪以一定时间间隔测量薄带磨损形貌,采用结构函数法考察磨损形貌的分形特征,并利用扫描电子显微镜分析其磨损机理.结果表明:经过沙尘磨粒磨损的PEN薄带表面形貌表现出二重分形特征,沙尘粒子的犁沟和切削磨损及PEN材料的微观断裂是引起大尺度和小尺度区间分形特征的主要机理.     

磨损表面形貌的三维分形维数计算

基于分形理论和磨损表面扫描电子显微分析，采用盒子维方法计算了磨损表面的三维分形维数．结果表明，在计算尺度范围内，采用与尺度无关的分形维数表征磨损表面形貌特征是可行的；实际磨损表面的三维分形维数同其表面粗糙度密切相关，表面粗糙度越大，分形维数越大；同表面粗糙度相比，分形维数计算值较稳定.     

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.     

基于高频轮轨作用的波浪型磨损研究

对高频轮轨相互作用下轨道的波浪形磨损问题进行了考察。通过引入轮轨的灵敏度，得到了轮轨间蠕滑力的波动同轨道表面不平顺幅值和表面曲率的波动关系；通过引入摩擦功计算了轨道表面的磨损，得到了磨损率的计算公式。结果表明，钢轨的磨损率同轨道的垂向动力行为密切相关；轨道表面不同点在不同激振频率下的磨损率不同。     

高频轮轨相互作用下钢轨的波磨

对高频轮轨相互作用下轨道的波浪形磨损问题进行了考察．通过引入轮轨的灵感度，得到了轮轨间蠕滑力的波动同轨道表面不平顺幅值和表面曲率的波动关系；通过引入摩擦功计算了轨道表面的磨损，得到了磨损率的计算公式．结果表明，钢轨的磨损率同轨道的垂向动力行为密切相关；在不同激振频率下轨道表面不同点的磨损率不同．     

基于分形的泡沫金属细观结构与尺寸效应研究

提出采用分形理论对泡沫金属的细观结构及尺寸效应进行研究的方法. 针对一系列具有不同相对密度和细观结构的泡沫铝,证明了其细观结构在一定尺度内符合分形特征,比较了小岛分维、计盒分维和信息分维等算法对泡沫金属分形表征的适用性,分析了细观结构特征对分维的影响. 结合推广的Sierpinski垫片模型研究了泡沫铝的屈服强度与分维的联系,建立了泡沫铝屈服强度的尺寸效应模型. 研究结果表明,由于引入了表征细观结构特征的分形维数,该模型除能表征屈服强度随试样尺寸的变化规律外,还在一定程度上直接反映了泡沫金属细观结构特征对力学性能的影响.      

填充聚醚醚酮复合材料在水润滑下的摩擦学特性研究

研究了水润滑下炭纤维、石墨及聚四氟乙烯填充聚醚醚酮复合材料与不锈钢对摩时的摩擦磨损性能，利用扫描电子显微镜观察分析了磨损表面和磨屑形貌，利用X射线能量色散谱仪分析了磨损表面的元素组成．结果表明：炭纤维含量对摩擦副的摩擦系数影响不大，磨损率随着炭纤维含量的增加而减小；随着载荷增大，摩擦系数先降低而后升高，当载荷较小时，填充聚醚醚酮复合材料的磨损率随载荷增大而缓慢增加，当载荷超过一定值后，磨损率急剧增加；填充聚醚醚酮复合材料在较低载荷下主要呈现疲劳磨损特征，在较高载荷下主要呈现微切削特征．     

磨石磨损分形预测研究

磨合是新机器投入正常运行前所必须经历的一个过程。合理的磨合可防止机器在早期发生咬合,从而极大地延长其使用寿命,基于磨损表面的分形表征,经典接触理论和磨损理论,建立了磨合磨损预测分形模型,以铜合金销和４５＃钢盘试样组成摩擦副,在销－盘摩擦磨损试验机上进行了磨合试验。研究结果表明,基于所建立的模型的磨损率预测结果与试验结果基本吻合。     

油润滑下钢严重磨损表面的分形特征

本文在ＭＨＫ－５００型环－块试验机上于２０号内燃机油润滑下对４５＾＃钢（炉冷）、４５＾＃（水淬）、ＧＣｒ１５钢和Ｗ１８Ｃｒ４Ｖ钢进行了滑动磨损试验，得到了表征这４种钢试样由轻微磨损向严重磨损转变的Ｐ（临界载荷）－Ｖ（临界滑动速度）曲线。对严重磨损表面进行扫描电子显微镜观测的结果表明，在一定的标度范围内其表现裂纹具有分裂特征。在给定的试验条件下，利用Ｓａｎｄｂｏｘ法测量出上述４种钢严重磨损表面裂纹的     

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。     

粗糙表面测量轮廓的分形插值模拟

引入粗糙表面的分形插值理论，提出用分形插值函数模拟粗糙表面轮廓的方法。并以车削，磨削及磨损表面为研究对象，对粗糙表面进行了分形插值模拟，系统地研究了影响其模拟模拟效果的因素和规律。发现可以采用分形插值理论来模拟或表征具有分形特征的粗糙表面。     

粗糙表面的分形特征与分形表达研究

得用触针轮廓仪和数据采集系统对磨削和车削表面的粗糙轮廓曲线进行了测量，并就粗糙表面的分形特征作了分析与讨论，同时还提出了粗糙表面的特征粗糙度概念及其定义，并将其用表面粗糙度水平的表述。     

单晶硅滑动磨损性能及其相变研究

考察了单晶硅在室温和低接触应力条件下的摩擦磨损行为随速度的变化情况．结果表明，单晶硅的摩擦系数和磨损率随滑动速度的提高而呈现降低趋势；单品硅在低速、短滑动时间下的磨损表面形貌特征以微断裂为主，并伴有一定程度的塑性变形;随着滑动时间的延长，塑性变形特征逐渐减弱，塑性变形同具有金属延性特征的p—Sn(简称si—II)相密切相关，Si—II在滑动过程中可转变为体心立方结构(简称Si-III)、斜方六面体结构(简称Si—XII)和非晶硅相;在高速条件下，单晶硅磨损表面呈现微断裂和较弱的塑性变形特征；尽管通过Raman分析证实磨损表面存在si—III相，但其对磨损机制的影响有待于进一步研究．     

钢—铜摩损过程中磨粒积聚的分形研究

在销-盘摩擦磨损试验机上考察45^#钢-铜合金摩擦副的磨损性能,按一定时间间隔收集磨损过程中积聚的金属磨粒,然后用光学显微镜对不同粒径范围内的磨粒进行计数和分形研究。研究结果表明：不同粒径的金属磨粒所对应的积聚数呈现明显的分形特征,小磨粒积聚和大磨粒积聚表现出不同的分形特征,并具有双重分形现象;磨损过程中的磨粒积聚分形特征对应于某一粒径尺度的分形转折点,该分形转折点的坐标位置与磨损状态相关,因此确定分形转折点有助于甄别磨损状态。     

Fractal characteristics of rocks fractured under tension

Fractal geometry can be useful for explaining the fracture behavior and rock properties. The fractal properties of rock fracture surface developed under tension were examined. Seven different rock samples were selected for the tests. An automated surface scanning device was used to map the fractured surfaces. Variogram analysis (VA) (for 1D self-affine sets) and power spectral density (PSD) measurement (for 2D self-affine sets) were applied to calculate the fractal dimension. On a comparative basis, there exists a trend between the fractal dimension and loading rate. The profiles in the loading direction yield higher fractal dimensions indicating the anisotropic feature of fractal. The fractal dimensions obtained by PSD and VA display a relationship for grain size and porosity. Higher porosity samples give different fractal dimensions for upper and lower fractures surfaces.