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。     

小Tabor数分形粗糙表面之间的黏着弹性接触分析

基于粗糙表面的分形描述和适用于小Tabor数微突体的黏着弹性接触理论,采用积分方法建立了小Tabor数分形粗糙表面之间的黏着弹性接触模型,获得弹性接触条件下的真实接触面积和载荷表达式,在此基础上采用单因素分析法分析表面粗糙度和材料性质对分离力的影响.结果表明,当分形维数增加时,粗糙表面单位面积上的微突体数目增加且高度减小,从而导致两表面间的分离力增大;当分形粗糙度参数增大时微突体高度增加,从而导致分离力减小;当材料弹性模量增加时黏着作用减弱,从而减小了分离力,而表面黏着能的增加会使分离力急剧增大.     

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.     

粗糙表面法向接触刚度的分形模型

提出了以往有关粗糙表面法向接触刚度理论研究工作的缺陷与不足，并在一定的前提假设下，基于球体与平面的接触理论和粗糙表面的分形接触理论，从理论上给出了具有尺度独立性的粗糙表面法向接触刚度分形模型，并进行了数字仿真研究。     

引入特征粗糙度参数的Stribeck曲线试验研究

为探讨表面粗糙度对Stribeck曲线的影响，对不同初始表面的不锈钢销试件与45#钢盘试件在浸油润滑条件下进行摩擦磨损试验，研究摩擦系数的变化规律。结果表明：摩擦副表面越粗糙，对应Stribeck曲线上混合润滑区域面积越大，曲线斜率越小，使得不同表面粗糙度下的摩擦系数试验模型不具有唯一性。因此，将由分形参数导出的能客观表征粗糙表面的“特征粗糙度”参数引入Stribeck 动压参数，从而提出新的动压参数。在新的动压参数下，具有不同表面粗糙度摩擦副的Stribeck曲线具有较好的一致性，继而可建立与粗糙度无关的摩擦系数试验模型。     

粗糙表面的摩擦触觉感知研究

本文中研究了手指触摸粗糙表面的摩擦振动特性、脑电生理反应和主观评价，为产品触感舒适性和抓握可靠性设计以及产品触感量化表征提供理论依据. 研究结果显示:随着表面轮廓算术平均偏差和轮廓单元平均宽度的降低，摩擦系数和功率谱重心逐渐增大，垂直偏差逐渐降低；垂直偏差、功率谱重心和摩擦系数特征参数能够反应粗糙表面的形貌特征变化，并且与人的主观感知评价一致，可以用来定量表征人对材料表面粗糙度、细致度和黏着度的感知. ERP曲线的P200成分峰值与接触表面的粗糙特征相关，粗糙度大的表面诱发的P200峰值高；P300成分与人的主观认知判断有关，粗糙感强、细致感差及黏着感低的表面诱发的P300峰值高且潜伏期短. 研究表明，材料表面的粗糙特性通过影响皮肤的接触摩擦行为，进而影响人脑的触觉感知和主观评价. 表面摩擦振动特性、人脑电生理反应和触感主观评价具有相关性，三者结合是系统研究粗糙表面摩擦触觉感知的有效手段.      

基于基底长度的粗糙表面分形接触模型的构建与分析

为建立更为精确的粗糙表面接触模型,根据微凸体变形特征、分形理论以及摩擦的作用,从微观角度基于基底长度建立了粗糙表面分形接触模型.通过与其他粗糙表面接触模型和实验数据的比较,验证了本文模型的正确与合理,并由数值仿真分析了分形维数、接触载荷与真实接触面积之间的相互关系.分析结果表明:特征尺度一定时,要维持一定的真实接触面积,分形维数越大,所需要的力也越大;分形维数与特征尺度一定时,随着载荷的增加,接触面积也在增加;特征尺度与接触力一定时,随着分形维数的增大,真实接触面积在减小.该模型的建立为进一步研究粗糙表面的摩擦、磨损与润滑提供了理论依据.     

纳观分形粗糙表面的建模分析

采用删除原子法对纳观粗糙表面的建模进行了研究.研究表明:利用含有原子、晶格等信息的标准data文件,根据边界特性删除原子,结合分形理论,可建立出具有分形粗糙特征的纳观模型.由W-M分形函数决定的粗糙表面,以最小的晶面距离作为扫描间距时,易出现含有孤立原子列的不合理结构,为了后续粗糙面纳观摩擦接触模拟分析,可通过傅里叶变换及滤波处理消除孤立的原子列,但滤波处理会导致某些分形特征的消失,通过适当增大滤波器的通带半径,再利用能量最小化的方法优化初始结构,可保留粗糙面原有的分形特征.试验表明,该方法能有效建立与实际表面相符的纳观分形粗糙面数字化表征模型.     

部分流体膜挤压特性分析

本文建立了粗糙表面部分流体挤压膜的物理力学模型,分析了当粗糙表面间存在流体膜时的挤压特性.对于一维挤压膜问题,当表面粗糙度纹向参数γ≤1时,粗糙度使流体阻尼增大,使平均流体膜的保持性提高;当γ>1时,粗糙度使流体阻尼减小,使平均流体膜的保持性下降.当γ保持不变时,粗糙度增大加快了固体接触的发生,并使固体接触刚度增大.     

考虑摩擦系数和微凸体相互作用的粗糙表面接触热导分形模型

基于三维分形理论，建立了考虑摩擦系数和微凸体相互作用的粗糙表面接触热导分形模型，并且考虑了微凸体的弹性变形、弹塑性变形和完全塑性变形. 通过该模型，分析了摩擦系数、分形维数、分形粗糙度和接触载荷对热接触热导的影响. 研究结果表明:接触热导随着摩擦系数和分形粗糙度的增大而减小，随着分形维数和接触载荷的增大而增大. 该研究为开展接合面的热传递提供了一定的理论基础.      

岩石分形节理粗糙性对应力场影响的光弹模拟研究

节理的粗糙性是影响岩体力学特性的重要因素。现有的众多的研究结果表明：不规则的节理面具有很好的自相似特征，可以用分形几何去描述，节理面的分形维数是表征节理面粗糙度（ＪＲＣ）恰当的统计量。基于以上观点，为了能够精确地控制节理面的粗糙性，本文以Ｍａｎｄｅｌｂｒｏｔｗｅｉｅｒｓｔｒａｓｓ函数生成不同分维的分形曲线来模拟实际的粗糙节理面，制成光弹实验试样进行多组的单压和压剪实验，通过光弹条纹和接触点的变化来研究不规则的节理对于岩体变形，应力场的影响，得出了一些有益的结论．     

单峰接触研究及其在分形表面接触中的应用

基于有限元方法,建立了弹塑性单峰的接触模型.粗糙峰为理想的弹塑性材料,为了考虑不同的材料特性对微凸体变形的影响,分别对9种不同的材料进行了分析.根据有限元计算结果,分析了接触面积,平均接触压力和接触力与变形干涉量之间的关系,并进行了经验公式的拟合.单峰接触所经历的4个不同的阶段,以及不同阶段之间的转化点均作了明确的表达.然后,根据分形理论,将单峰接触模型扩展到了三维的粗糙表面的接触,并提出了一个计算接触表面法向刚度的模型.通过与实验数据和以往模型的结果对比,证明本文中所提出的模型具有较高的精度.     

粗糙表面接触分形模型的提出与发展

自表面接触塑性变形模型问世以来，经过近４０年的发展，已经形成以分形几何理论为基础的Ｍ－Ｂ粗糙表面接触分形模型．Ｍ－Ｂ模型以分形参数代替统计学参数表征粗糙表面，推导出了实际接触面积与载荷的关系，以及实际弹性接触面积和实际塑性接触面积的计算公式，指出了影响接触面变形性质的因素与规律．由于分形参数的尺度独立性，可望利用Ｍ－Ｂ模型对接触面积的预测不受测量仪器分辨率和取样长度等因素的影响，故其比基于统计分析的Ｇ－Ｗ接触模型更为合理．尽管如此，Ｍ－Ｂ模型还有待完善，多方面的问题尚待进行深入研究     

基于分形理论的双渐开线齿轮接触应力研究

综合考虑接触面粗糙度、材料特性等因素对齿轮接触应力的影响，基于分形理论和经典Hertz接触理论建立双渐开线齿轮分形接触模型. 该模型中，影响载荷和实际接触面积的主要因素包括分形维数、粗糙度幅值和材料特性参数. 理论分析表明:分形维数一定时，真实接触面积随着载荷的增大而增大；载荷一定时，接触面积随着粗糙度幅值的增大而减小；随着材料特性参数值的增加，在一定程度上加强了软材料轮齿承载能力，同时会使得微凸体由弹性变形到塑性变形的临界面积减小. 对比分形接触模型和有限元模型两种计算双渐开线齿轮轮齿接触应力方法，结果证明了分形接触模型计算双渐开线齿轮接触应力的有效性.      

工程粗糙表面粘着磨损的分形学研究

建立了分形接触模型，并在Ａｒｃｈａｒｄ粘着磨损理论基础上，结合磨损过程中剪切应力对实际接触表面的影响，建立了弹、塑性接触条件下的粘着磨损分形模型，通过试验得出了磨损体积损失与分形参数的关系，为降低磨损与加工成本及确定表面最佳分形维数提供了实验依据．     

结合部切向接触刚度分形模型研究

根据球体与平面接触的切向接触刚度和粗糙表面的接触分形理论，从理论上首次建立了结合部切向接触刚度分形模型，该模型具有尺度独立性。通过对所建模型的数字仿真，直观地给出了结合部切向接触刚度与其影响因素之间的非线性关系，并与实验研究结果具有较好的一致性，从而说明了该模型是合理的。