磨粒轮廓分形维数与磨损状态的关联性研究

在销-盘式摩擦磨损试验机上用45^#钢-铜摩擦副进行摩擦磨损试验，将试验过程中生成的磨粒经稀释和超声波分散后制成谱片，用扫描电子显微镜(SEM)及自行研制的由光学显微镜、摄像头及计算机构成的磨粒分形维数测量系统分析谱片特征．结果表明：磨粒的外形轮廓存在分形特征；磨粒群体平均分形维数随磨损过程的进行而变化，这种变化同铜合金试销的磨损率存在一定的对应关系．研究结果有助于揭示磨粒轮廓分形特征及磨损状态的转变．     

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。     

砂轮约束磨粒喷射加工表面的分形及摩擦特性研究

对砂轮约束磨粒喷射精密光整加工(Abrasive Jet Precision Finishing,AJF)表面进行分形维数和摩擦磨损特性研究.试验在MB1332A外圆磨床上完成,加工式样为Ra为0.6μm左右的45#钢.加工表面形貌和微观几何参数用MICROMESVRE2表面轮廓仪测量;应用分形维数和功率谱密度函数评价磨削加工和光整加工表面的微观形貌特征;利用MG-2000型销盘式高速高温摩擦磨损试验机研究表面形貌和分形维数对摩擦系数和磨损性能的影响.试验结果表明:磨粒喷射精密光整加工使工件表面高度特性参数大幅度降低,轮廓波动平均间距减小,波纹细密性提高.随着加工循环的增加,Ra值由0.6μm下降到0.2μm左右.光整加工表面摩擦系数和磨损量与磨削加工表面相比明显降低,摩擦磨损试验结果和分形维数变化相吻合.     

球形磨粒和切削磨粒轮廓分形维数研究

选取 FAENA法作为计算磨粒分形维数方法 ,用试验法、现场收集和磨粒相片 3种方法收集了球形磨粒和切削磨粒各 5 0 0个样本 ,并进行了轮廓分形维数计算 .结果表明 ,这 2种磨粒在 80 0倍放大倍数时具有最好的统计分形 ,轮廓分形维数分布为正态分布 ,球形磨粒分形维数为 D(μD,σ2 )～ D(1.0 2 5 ,0 .36 89× 10 - 4) ,切削磨粒分形维数为 D(μD,σ2 )～ D(1.10 2 ,3.5 79× 10 - 4) ,这 2种典型磨粒轮廓分形维数分布参数的确定对磨粒的自动识别有借鉴作用     

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。     

橡胶磨损花纹裂纹角的分形计算法

在考察橡胶磨损花纹裂纹角与橡胶磨损表面分形维数关系的基础上,提出了用分形计算橡胶磨粒磨损的磨损花纹裂纹角的新方法,发现丁苯橡胶和丁腈橡胶磨损花纹的裂纹角在不稳定磨损阶段基本保持不变,而在稳定磨损阶段则随法向载荷的增大而减小．     

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.     

基于径向基函数神经网络的磨粒识别系统

应用磨粒形状特征参数、颜色特征参数和表面纹理特征参数对磨粒形态进行量化表征，并以此为输入矢量，引入径向基函数神经网络对磨损微粒进行自动分类识别，建立了适用于磨粒识别的径向基函数神经网络模型，并给出了具体算法．应用实例表明，径向基函数神经网络的收敛速度和识别率优于传统的BP神经网络．     

环形管内壁磨粒侵蚀物理过程的研究

对高分子材料的磨粒侵蚀进行了系统的试验研究，为了进一步阐明其物理本质并预测其磨损，通过分析颗粒在环形流场中的轨迹，发现环形和管壁的磨粒侵蚀可以分为两个阶段；即冲击侵蚀阶段和湿磨粒磨损阶段，并以后者为主，对于聚氨酯材料，其磨粒侵蚀第二阶段的磨损机理主要是由于滑动摩擦引起的表面疲劳磨损。     

GeSb2Te4薄膜表面分形维数计算及表征

采用低功率直流磁控溅射法制备了GeSb2Te4薄膜,利用扫描电子显微镜、X射线衍射仪和原子力显微镜(AFM)分析了薄膜的微观结构和相组成,研究了薄膜表面的分形特征.结果表明:沉积态GeSb2Te4薄膜为无规则、无择优取向的非晶材料;薄膜表面形貌AFM图像具有分形特征,基于自行编制的采用盒计数法求解随机分形维数的C语言程序,计算得到沉积态GeSb2Te4薄膜的分形维数为1.93;针对一维和二维随机分形多重分形谱的计算表明,沉积态GeSb2Te4薄膜满足分形的标度不变性;通过对沉积态和退火态薄膜进行多维分形谱计算,发现经过230 ℃退火处理的薄膜样品的多维分形谱较窄且晶化分布均匀.     

分形维数在大型旋转机械故障诊断中的应用

为了识别大型旋转机械的故障模式,运用分形理论,提出了分段关联维数的计算方法,并以分段关联维数为特征量,通过建立状态距离函数,实现了模式识别。该方法克服了通常只通过计算一段数据的关联维数就进行故障识别的缺点。通过对仿真信号、滚动轴承实测信号的诊断,表明所提出方法的有效性,具有实用价值。     

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．     

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。     

分形理论在摩擦学研究中的应用

采用尺度独立的分形参数可使粗糙表面和磨屑形貌的表征简单明了，并使表征具有唯一性，易于识别；基于分形参数所建立的摩擦学研究模型的预测结果可望不受测量仪器分辨率和取样长度的影响，因而比传统的基于统计分析的模型更为合理和有效。综述了分形几何在粗糙表面的表征，接触，磨损预测和摩擦温度分布以及磨屑定量分析等方面的应用现状和发展，指出了用分形理论研究摩擦学问题时应注意的着重点。