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基于w-m函数的IPmC界面建模仿真方法

合肥工业大学学报（自然科学版） 2020年第2期43卷 176-181,204页

作者：刘炎发牛清正杨倩常龙飞吕品合肥工业大学工业与装备技术研究院安徽合肥230009 合肥工业大学材料科学与工程学院安徽合肥230009

离子聚合物-金属复合材料(ionic polymer-metal composite, IPmC)界面的粗糙特性对材料的电致动性能有重要作用,文章针对IPmC界面表征模型难以体现实际界面复杂特性的研究现状,提出利用w-m函数来模拟界面轮廓。从制备的样片界面轮廓出... 详细信息

离子聚合物-金属复合材料(ionic polymer-metal composite, IPmC)界面的粗糙特性对材料的电致动性能有重要作用,文章针对IPmC界面表征模型难以体现实际界面复杂特性的研究现状,提出利用w-m函数来模拟界面轮廓。从制备的样片界面轮廓出发建立传质方程,将实际界面、平电极、Koch曲线和w-m函数模型的拟合结果进行对比,发现仅w-m函数模型与实际界面模型拟合结果相近,且误差均小于5%。此外,文章给出了w-m函数核心参数的获取方法和经验公式,并用来表征复杂界面轮廓。

关键词：离子聚合物-金属复合材料(IPmC) 界面轮廓 w-m函数建模仿真表征

基于w-m分形函数的三维粗糙表面摩擦生热研究

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中国工程机械学报 2018年第3期16卷 194-201页

作者：刘宇邓宏盛张生芳沙智华马付建尹剑大连交通大学机械工程学院辽宁大连116028

将w-m分形函数引入风电制动器制动过程的摩擦生热研究中,根据w-m分形表面形貌的特点及利用其特有的自相似性,以matlab软件模拟出粗糙表面的分形曲面形貌.通过Creo软件建立不同分形维数的粗糙表面模型,运用Abaqus有限元软件分析分形维数... 详细信息

将w-m分形函数引入风电制动器制动过程的摩擦生热研究中,根据w-m分形表面形貌的特点及利用其特有的自相似性,以matlab软件模拟出粗糙表面的分形曲面形貌.通过Creo软件建立不同分形维数的粗糙表面模型,运用Abaqus有限元软件分析分形维数、相对滑动速度、施加载荷对粗糙表面制动过程中闪点温度和接触压力的影响.结果表明:随着分形维数增大,摩擦区域块状热区的数量减少,而点状热区的数量增多;相对速度越大时,接触区域最顶端的微凸体节点温度也越大,非接触区域温度上升速率也越快;施加载荷增大时,微凸体的最高闪温点的温度变化幅度不大,但会影响热区的数量大小与次闪温点和非接触点的温度.

关键词：粗糙表面 w-m函数分形维数摩擦生热

γ-TiAl合金纳米切削过程中随机表面粗糙度影响的原子模拟

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稀有金属材料与工程 2022年第5期51卷 1650-1659页

作者：冯瑞成杨晟泽邵自豪姚永军张隽曹卉李海燕兰州理工大学机电工程学院甘肃兰州730050 兰州理工大学数字制造技术与应用省部共建教育部重点实验室甘肃兰州730050

采用分子动力学模拟方法研究了随机粗糙度对γ-TiAl合金纳米尺度切削的影响。为了模拟真实工件表面,在考虑刀具不同前角和切削深度的情况下,采用多参数的weierstrass-mandelbrot(w-m)函数生成随机表面粗糙度,用工件的等效高度来量化切... 详细信息

采用分子动力学模拟方法研究了随机粗糙度对γ-TiAl合金纳米尺度切削的影响。为了模拟真实工件表面,在考虑刀具不同前角和切削深度的情况下,采用多参数的weierstrass-mandelbrot(w-m)函数生成随机表面粗糙度,用工件的等效高度来量化切削深度。结果表明,粗糙度对工件的纳米切削有不可忽视的影响。此外,粗糙度的影响在不同切削参数的情况下也不同。

关键词：分子动力学模拟纳米切削 w-m函数 γ-TiAl合金

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非对称表面织构表征及动压润滑效应分析

表面技术 2022年第3期51卷 66-75页

作者：朱春霞王德全杨晓楠常永祥沈阳建筑大学机械工程学院沈阳110168

目的建立具有非对称表面织构的粗糙平面的表征方程,并分析方程参数对其形貌的影响,依托表征方程重建的织构平面研究非对称表面织构在动压润滑条件下的润滑特性。方法根据非对称织构平面的加工过程,基于w-m函数重构粗糙表面,再叠加非... 详细信息

目的建立具有非对称表面织构的粗糙平面的表征方程,并分析方程参数对其形貌的影响,依托表征方程重建的织构平面研究非对称表面织构在动压润滑条件下的润滑特性。方法根据非对称织构平面的加工过程,基于w-m函数重构粗糙表面,再叠加非对称织构形貌特征方程,实现不同尺寸非对称表面织构的数学表征,利用matlab软件对方程中表面织构参数和粗糙表面参数对织构平面形貌的影响进行分析,并利用方程表征的织构平面建立动压润滑压力油膜的实体模型,对压力油膜进行CFD计算,分别得出正向非对称织构、对称织构、反向非对称织构中的压力分布规律和流线分布规律,实现非对称表面织构的动压润滑效应分析。结果表征方程的各个参数中,尺度系数和分形维数主要影响粗糙表面轮廓高度的变化范围和变化频率,微观轮廓高度的变化范围随着尺度系数的减小以同样的倍率减小,微观轮廓高度变化随着分形维数的逐渐增大越来越剧烈,变化频率也越来越快,非对称度、织构深度等织构相关参数主要影响织构的形貌特征。润滑压力油膜CFD分析计算表明,正向非对称织构(k=2)的进出口压力差为1747 Pa,明显大于对称织构(k=1,387 Pa)和反向非对称织构(k=0.5,707 Pa),三者的流线分布云图表明,正向非对称织构内的回流效应更加剧烈,流线分布更加复杂。结论所建立的非对称织构平面的表征方程可以清晰地描述其形貌特征,方程参数对形貌特征的影响机理明确,且构型合理的非对称织构在提高承载能力和改善润滑方面存在明显的优越性。

关键词：非对称表面织构表征方程 w-m函数 CFD 动压润滑效应

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一种高计算收敛性的粗糙曲面三维形貌模型

西安交通大学学报 2021年第6期55卷 141-149页

作者：乔泽龙韩炬董威华北理工大学机械工程学院河北唐山063210

针对现有机械加工面三维形貌模型不能有效反映曲面宏观与微观综合特征以及在接触、润滑等分析时计算收敛性差等问题,提出了一种计算收敛性较好的曲面三维形貌模型。基于微分几何理论,采用矢量函数表征曲面的轮廓尺寸以及曲率等宏观特征... 详细信息

针对现有机械加工面三维形貌模型不能有效反映曲面宏观与微观综合特征以及在接触、润滑等分析时计算收敛性差等问题,提出了一种计算收敛性较好的曲面三维形貌模型。基于微分几何理论,采用矢量函数表征曲面的轮廓尺寸以及曲率等宏观特征;基于分形理论,采用weierstrass-mandelbrot(w-m)函数表征微凸体高度与分布以及纹理方向等微观特征,将矢量函数与w-m函数叠加,构建了曲面的三维形貌模型。为解决计算收敛性问题,通过滤波对粗糙表面进行平滑处理,在保留原有表面形貌特征前提下获得了连续可导粗糙表面,通过弹流润滑分析进行对比可知,滤波后的模型计算收敛性提升明显。应用matlab对构建的三维粗糙面进行仿真,验证了模型对粗糙曲面形貌的有效表征能力。为检验模型的应用性,以RV减速器中的关键零件摆线轮为例,构建了摆线轮轮齿的齿面模型,模型能完整反映摆线轮轮齿的宏观轮廓与微观形貌,将得到的摆线轮齿形貌模型应用到混合润滑分析中,得到的分析结果与采用试验采集的粗糙面的分析结果一致,关键参数误差不高于3%,但计算时间大幅缩短,计算效率提升55.7%。调整粗糙曲面模型参数,可以快速得到不同的粗糙面参与相关的分析对比,能为机械结合面的宏观轮廓与表面形貌的优化设计提供依据。

关键词：分形理论微分几何理论 w-m函数矢量函数三维形貌模型

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分形粗糙表面特征长度尺度参数小波识别法

机械工程学报 2018年第5期54卷 185-192页

作者：王余松张学良温淑花范世荣太原科技大学机械工程学院

通过对w-m函数模拟轮廓进行db2小波分解,发现其小波分解系数呈现出明显的规律性这一重要特点,基于此,提出由小波分解来识别粗糙表面轮廓特征长度尺度参数G的一种新方法,并与功率谱密度法等4种方法对w-m函数模拟轮廓、分形布朗运动模拟... 详细信息

通过对w-m函数模拟轮廓进行db2小波分解,发现其小波分解系数呈现出明显的规律性这一重要特点,基于此,提出由小波分解来识别粗糙表面轮廓特征长度尺度参数G的一种新方法,并与功率谱密度法等4种方法对w-m函数模拟轮廓、分形布朗运动模拟轮廓以及实际机械加工表面轮廓特征长度尺度参数的计算结果进行对比,结果表明,由于所采用计算方法不同,导致计算结果表现出极大的差异性,不在同一个数量级上。对w-m函数模拟轮廓,提出的小波识别法计算结果最接近于理论值,其余方法在数量级上不同于理论值,都有随分形维数减小而误差增大的趋势。功率谱密度法计算误差最大,远超过理论值,方程组法次之,其次是结构函数法,文献[6]的公式计算误差较小。对分形布朗运动模拟轮廓,小波识别法与文献[6]的公式以及结构函数法计算结果接近。对实际轮廓的计算,小波识别法与文献[6]的公式计算结果相近。总体上,小波识别法与文献[6]的公式计算结果较为接近,说明分形粗糙表面轮廓特征长度尺度参数小波识别法是一种非常有效的方法。

关键词： w-m函数分形粗糙表面特征长度尺度参数小波分解

表面形貌对浮动式箔片气膜密封性能的影响分析

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摩擦学学报 2023年第11期43卷 1341-1352页

作者：徐洁俞树荣杨小成丁雪兴蒋海涛兰州理工大学石油化工学院甘肃兰州730050

为揭示密封副表面形貌对浮动式箔片气膜密封性能的影响规律,以一端固定式波箔片的织构化浮动式箔片气膜密封为研究对象,通过三维w-m分形函数表征设计有三角形织构的粗糙平箔片表面,在考虑微通道尺度效应、流固界面台阶效应和弹性面变形... 详细信息

为揭示密封副表面形貌对浮动式箔片气膜密封性能的影响规律,以一端固定式波箔片的织构化浮动式箔片气膜密封为研究对象,通过三维w-m分形函数表征设计有三角形织构的粗糙平箔片表面,在考虑微通道尺度效应、流固界面台阶效应和弹性面变形问题的同时,建立了楔形气膜和运动转子同步旋转的压力控制方程,并采用有限差分法耦合求解,得到分形参数对流场润滑状态和密封特性的影响规律.研究结果表明:表面粗糙峰对密封性能的影响是单调的,而表面密集度对密封性能的影响是不规则的;特征尺度系数G的增大和一定范围内分形维数D的减小,可在提高密封动压效应和降低泄漏率方面发挥积极作用,反之则有利于减小摩擦力和实现密封系统的稳定;摩擦副的真实表面对密封性能的影响不可忽略,但随着气膜厚度的增大,影响程度会被逐渐削弱.本文中的研究使浮动式箔片气膜密封的理论研究更接近真实工况,可为弹性箔片的制造工艺提供一定参考.

关键词： w-m函数分形参数弹性箔片气体润滑密封特性

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分形模型应用于土壤表面特性的评定

内蒙古农业大学学报（自然科学版） 2014年第6期35卷 96-99页

作者：侯占峰薛晶闫建国朱利忠陈智内蒙古农业大学机电工程学院呼和浩特010018 呼和浩特市交通科研所呼和浩特010051

本文利用w-m函数对土壤表面特性进行评定,通过对土壤表面实测数据进行功率谱与均方根法计算对比分析,结果显示均方根法在表征实测土壤表面时的精度高。利用均方根法可获得准确的土壤表面的分形维数D与尺度系数G,分析表明,这两个参数能... 详细信息

本文利用w-m函数对土壤表面特性进行评定,通过对土壤表面实测数据进行功率谱与均方根法计算对比分析,结果显示均方根法在表征实测土壤表面时的精度高。利用均方根法可获得准确的土壤表面的分形维数D与尺度系数G,分析表明,这两个参数能够表征土壤表面的内在特性,基于w-m函数所模拟的轮廓与实际轮廓的统计量非常相似,表明该模型具有很高的实用性。

关键词：分形维数土壤表面不平度 w-m函数

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IPmC粗糙界面制备、仿真及影响规律研究

IPMC粗糙界面制备、仿真及影响规律研究

作者：刘炎发合肥工业大学

学位级别：硕士

离子聚合物-金属复合材料(IPmC)是一种典型的电活性聚合物,基于离子迁移的换能机制和特殊的结构使其具有质量轻、驱动电压低、响应迅速、变形大、柔韧性好等独特的特性,并在电子器件、生物医疗、航空航天、仿生机器人等领域展现出可观... 详细信息

离子聚合物-金属复合材料(IPmC)是一种典型的电活性聚合物,基于离子迁移的换能机制和特殊的结构使其具有质量轻、驱动电压低、响应迅速、变形大、柔韧性好等独特的特性,并在电子器件、生物医疗、航空航天、仿生机器人等领域展现出可观的应用前景。然而现有研究对IPmC材料界面功能特性和影响机制认识不足,阻碍了IPmC进一步发展。本文围绕IPmC粗糙界面对界面建模仿真及其对机电性能的影响机制展开了深入的研究。本文首先根据现有IPmC制备工艺,调整工艺参数,设计了一组正交实验,制备了不同界面特征的9片IPmC材料。通过SEm分析了IPmC材料的形貌特征,获取了电极厚度和界面面积,并简要分析了界面生成的原因。利用激光位移传感器和Labview软件等设计实验平台测试了材料的电致动性能,利用电化学工作站测试材料的C-V曲线并计算了其电容值,采用分规法计算了界面的分形维数。基于现有研究对粗糙界面拟合未能表现IPmC界面特征的情况,提出将w-m函数运用到模拟界面轮廓。基于有限元的思想,建立了基于w-m函数拟合界面轮廓的方法。精炼了前人对IPmC材料内部传质的研究,利用泊松方程和Nernst-Planck方程在COmSOL软件中建立了内部传质模型,并提出特征浓度的概念来反应材料变形情况。将提取的实际界面、平电极和Koch曲线模型作为对比,分析了基于w-m函数模型的拟合结果。与实际界面相比,平电极模型误差极大,w-m函数模型的误差均小于4%,不同迭代次数的Koch曲线模型适合特定分形维数的界面。基于拟合结果,本文提出了有关特征尺度的经验公式,对以后采用w-m函数拟合界面提供一定的指导。基于w-m函数的核心参数——分形维数和特征尺度提出特征粗糙度的概念对界面轮廓进行表征。通过正交实验极差分析法,分析了工艺参数对IPmC界面特征粗糙度的影响情况,发现主次顺序为:砂型>浸泡还原镀次数>喷砂压强=喷砂时间。此外,通过数据分析表明随着界面特征粗糙度增加,IPmC电容和尖端位移整体上都呈现增大的趋势。本文对IPmC粗糙界面的研究结论,对IPmC粗糙界面表征、建模仿真和工艺改进提供了重要的参考依据和研究基础,将推动IPmC在工程上的进一步应用。

关键词： IPmC 界面 w-m函数建模仿真粗糙度