基于分形、小波理論的碳纖維復(fù)合材料加工表面形貌研究.pdf

1、碳纖維復(fù)合材料(CFRP)具有輕質(zhì)、高強(qiáng)、耐高溫、抗腐蝕、熱力學(xué)性能優(yōu)良等特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于航空航天領(lǐng)域。由于CFRP具有非均質(zhì)性和各向異性等特點(diǎn)，其切削加工表面容易出現(xiàn)纖維拔出、纖維破碎、纖維撕裂、表面凹坑等獨(dú)有的表面形貌特征，采用傳統(tǒng)的二維評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)不能真實(shí)反映CFRP的加工表面形貌特征。三維表面形貌測(cè)量是當(dāng)今研究的熱點(diǎn)，但國(guó)際上尚未建立相應(yīng)的三維評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)。而且，目前用于表征加工表面形貌特征的粗糙度參數(shù)是與尺度相關(guān)的參數(shù)，其測(cè)量值的大小

2、隨測(cè)量?jī)x器的分辨率，采樣長(zhǎng)度的改變而改變，其測(cè)量結(jié)果不能反映加工表面形貌的固有特征。 研究發(fā)現(xiàn)，機(jī)械加工表面具有隨機(jī)、無序、自相似和自仿射等分形特性，而且分形維數(shù)是一種與尺度無關(guān)的參數(shù)，因此，使用分形理論來研究加工表面形貌成為可能。本文從CFRP加工表面的三維形貌出發(fā)，應(yīng)用分形、小波理論，以加工表面SEM灰度圖像為研究對(duì)象，對(duì)CFRP加工表面形貌特征進(jìn)行研究，主要工作如下： (1)將分?jǐn)?shù)布朗運(yùn)動(dòng)引入到表面形貌的研究中，分

3、析分?jǐn)?shù)布朗運(yùn)動(dòng)的特性和分?jǐn)?shù)布朗運(yùn)動(dòng)模型參數(shù)H的物理意義，利用分?jǐn)?shù)布朗運(yùn)動(dòng)模型模擬不同H值的分形曲線和分形曲面，研究了基于SEM圖像的離散分?jǐn)?shù)布朗隨機(jī)場(chǎng)模型。 (2)采用差分盒計(jì)數(shù)法(DBC)計(jì)算了CFRP加工表面圖像的分形維數(shù)，結(jié)果表明，分形維數(shù)D與加工表面三維形貌密切相關(guān)，加工表面越粗糙，D越大，分形維數(shù)D能綜合反映加工表面形貌的整體變化特性；引入多重分形對(duì)加工表面局部形貌特征進(jìn)行分析，并利用計(jì)算的多重分形譜參數(shù)分析加工表面局

4、部形貌的變化特性。 (3)基于離散分?jǐn)?shù)布朗隨機(jī)場(chǎng)模型對(duì)CFRP加工表面圖像紋理特征進(jìn)行了研究，將圖像中各點(diǎn)像素的灰度值變?yōu)橄鄳?yīng)的分形參數(shù)值H和b，對(duì)H進(jìn)行歸類，對(duì)同一類的H設(shè)定為相同的灰度值，利用設(shè)定的不同灰度值對(duì)表面圖像進(jìn)行紋理分割，從而提取出加工表面的局部形貌特征。 (4)基于小波變換對(duì)CFRP加工表面粗糙度紋理特征的變化規(guī)律進(jìn)行了分析，加工表面的粗糙度紋理變化主要反映在表面圖像的高頻信息部分，對(duì)表面灰度圖像進(jìn)行小波