Measurements of Fractal Dimensions for Round Turbulent Jets

There is clear evidence of fractal behavior in several facets for turbulent flows.Based on the images obtained by the planar laser-induced fluorescence (PLIF) tech-nique, Sreenivasan and his co-workers (1986, 1990) have measured the fractal dimen-sions of turbulent flows and then obtained the widespread results.

四种粗加工表面三维分形维数的测定与比较

工件表面形貌对工件表面质量和摩擦性能有着重要的影响。为了对表面形貌特征进行表征,以4组机加工样块为研究对象,测得样件表面粗糙度和表面形貌,并应用盒子法和灰度法计算出其三维分形维数,分析对比三维分形维数与粗糙度以及表面形貌之间的关系。结果表明:三维分形维数与粗糙度基本成正比关系,随着粗糙度的增大而增加;粗糙度相同时,不同加工方式下的三维分形维数不同,分形维数越大,表面形貌越复杂,细节越多,划痕凹坑越明显,表面质量越差;与传统二维轮廓粗糙度表征方法相比,三维分形维数更能全面客观描述表面的整体形貌特征,这为后续的表面质量、摩擦润滑等研究奠定了理论基础。

西藏马查拉煤系地层孔隙结构特征

马查拉煤系地层是昌都赋煤带主要煤系地层之一。为明确风化对西藏马查拉煤系地层孔隙结构特征的影响,本文以西藏早石炭世马查拉组剖面不同类型风化岩石为研究对象,利用氮气吸附试验及分形理论对微观孔隙结构及其复杂程度进行研究。试验结果表明:岩石的吸脱附等温线都呈现反“S”型,孔隙结构呈现同质化发展趋势。相对压力(P/P_(0))可以根据岩样吸脱附曲线的上升趋势分为小于0.1、0.1~0.45及大于0.453个阶段。岩样孔径结构集中分布在1~5 nm范围内,其中泥质碎屑灰岩、粉矿质泥岩、粉砂岩、泥岩和灰岩在1~2 nm范围内孔隙体积较大,煤层的比表面积和孔体积与相邻岩层相比较低。风化煤岩大孔分形维数明显高于小孔,孔隙结构复杂程度更高,煤层及碳质泥岩的孔隙分形维数相较其他类型岩石更低。研究结果可服务于昌都地区开发和灾害防治。

分形思维下城市空间形态聚集性研究与更新启示——以汕头小公园传统街区为例

采用改良传统的城市分形集聚维数测算方法对传统街区的空间形态进行量化分析。通过比对传统半径维数与路网集聚维数之间的差异性,分析当下汕头小公园传统街区的城市空间集聚情况。基于城市分形理论与传统街区改造需要,从城市空间形态的集聚性探讨还原城市肌理与修复街巷空间对保护传统街区的重要性。提出多层级重构街区肌理,小尺度赋活复合空间的优化方法优化街区保护手段;提出多时段丰富街区体验,各维度进行生态补充的优化方法提高街区整体空间品质。验证了基于路网集聚维数对传统分维测算方法有修正作用,对汕头小公园传统街区的细化修复有一定指导意义。

煤系岩石单轴压缩损伤破坏演化规律与表征

为了研究煤系岩石单轴压缩损伤破坏演化规律及其表征方法,以煤系岩层中普遍存在的3种不同岩性岩石为研究对象,重点讨论不同矿物组成以及不同微观结构等对其自身岩石力学性质的贡献关系,对比分析了声发射多维度特征参数的特殊表征意义,借助于计数与能量参数表征破坏尺度大小的关系,以及借助于声发射高灵敏定位效果来表征破坏位置的演化,通过两者的结合可进一步表征出承载体损伤演化全过程的可行性,基于理论分析,推导了响应的本构方程。结果表明:不同岩性煤系岩石微观形貌特征及矿物组成成分的差异直接影响其物理力学性质与受载损伤破坏特征;声发射特征振铃计数及声发射能量能有效表示岩石受载过程中损伤演化过程,声发射空间定位点分形维数D能在一定程度上反映岩石的损伤破坏过程,但受岩石孔隙率及致密程度的影响较大。基于岩石孔隙率特征及受载过程中的声发射累计振铃计数,建立了考虑初始损伤和累计损伤的本构模型,并分析了孔隙率对损伤张量Dn的影响规律。

用高光谱曲线分形维数分析植被健康状况

植被叶片高光谱反射曲线包含植被生长状况的众多信息,该文在分析光谱特征参数如红边位置、绿峰反射高度、红谷吸收深度以及红边面积的基础上,提出利用分形理论对450～780nm之间的反射光谱曲线进行分形测量,并用分形维数定量反映其健康状况的新思路。研究表明,(1)植被反射光谱曲线具有分形特征,对于相同植被,其不同健康状况的叶片在可见光到近红外(450～780nm)间的反射光谱曲线分形维数呈逐渐下降趋势;(2)分别针叶和阔叶,分形维数均与绿峰反射高度、红谷吸收深度以及红边面积3个光谱参数之间存在较好的正相关关系;(3)分形维数与绿峰反射高度、红谷吸收深度以及红边面积也存在较好的多元线性关系,其相关指数分别为0.8928和0.6987。因此,分形维数是对曲线整体的一个综合分析和定量描述,能够作为一个新的综合参数来客观反映植被叶片所处的健康状况。

岩爆实验碎屑分类及其研究方法

利用中国矿业大学(北京)岩爆过程模拟实验系统,进行一系列的应变岩爆实验。对岩爆碎屑不同尺度,可以采用不同方法提取其信息,包括对面积约为100mm2的中粒碎屑SEM(扫描电子显微镜)扫描,粗粒碎屑的断口表面形貌三维激光扫描和岩爆碎屑颗粒的尺寸特征测量。测量参数为质量、长度、宽度和厚度。为了便于对不同尺度的岩爆碎屑进行研究的方便,将岩爆碎屑分为粗粒、中粒、细粒和微粒4组,对不同粒组采用不同的研究方法。以花岗岩为例,介绍不同方法计算分形维数的过程及结果。采用倍分长度区间、SEM裂纹图像处理的二值法及小岛法进形分形维数计算时,其线性关系都较好,但不同方法计算获得的分维值不同。根据不同粒组的分形结果,可以分析不同尺度下的岩爆碎屑破碎程度,并为进一步研究岩爆过程的能量变化特征提供基础。

陆相与过渡相煤系页岩孔隙结构及分形特征对比——以鄂尔多斯盆地东北缘延安组与太原组为例

基于低温氮气吸附分形几何学研究方法,对鄂尔多斯盆地东北缘陆相延安组及海陆过渡相太原组富有机质煤系页岩进行孔隙结构和分形特征研究,运用分形FHH模型计算了大孔隙(4.34~100nm)和小孔隙(<4.34nm)对应的分形维数D_1与D_2,对比讨论了孔隙结构参数与分形维数的关系,以及TOC、矿物含量对两者的影响。研究结果表明:(1)延安组孔径分布在1.8~59nm,呈"双峰型",以墨水瓶状、狭缝状和平行板状孔为主;太原组孔径主要分布在3~4.5nm,呈"单峰型",以墨水瓶状孔为主。(2)煤系页岩具有双重分形特征,D_1与D_2正相关,且D_1>D_2,表明大孔隙空间结构更加复杂。延安组两类孔隙空间结构均比较复杂,太原组大孔隙空间结构非常复杂,而小孔隙均质性强。(3)煤系页岩平均孔径越小,微小孔隙越多,比表面积越大,总孔体积越大,分形维数越大,即孔隙结构越复杂,孔表面越不规则;延安组D_1、D_2和太原组D_1均可反映各自孔隙结构特征。(4)太原组孔隙结构参数和分形维数受TOC及矿物成分含量影响较延安组明显。(5)延安组页岩储层优于太原组,更利于煤系页岩气的吸附、赋存、扩散和渗流。

分形维数和近似熵用于度量信号复杂性的比较研究

本文介绍了两种度量时间序列复杂性的方法 ,一种是建立在分形理论基础上的分形维数 ,一种是最近新发展起来的度量序列复杂性的统计方法———近似熵。应用这两种方法对机械设备振动信号进行了复杂性特征的提取 ,对比研究表明 ,它们都可以作为表征信号复杂性的一种度量 ,各具特点。但近似熵具有一定的抗噪、抗野点的能力 ,包含了更多的时间模式的信息 ,是一种值得重视的、很有应用前景的故障诊断新方法。

混凝土碳化深度的精细测量与分形特征

目的研究混凝土分形特征与混凝土碳化之间的联系,探索碳化的精细测量方法,了解不同掺合料对混凝土碳化耐久性方面的影响规律.方法通过快速碳化试验,利用改变粗视化程度的方法,精细测量了混凝土的碳化深度,并利用分形理论评价了其孔隙结构的变化对碳化耐久性宏观行为的影响.结果精细测量过程中,尺寸越小,混凝土的真实碳化深度越小.混凝土断面的二维碳化边界轮廓具有显著的多重分形的特征,碳化边界轮廓的分形维数越小,相应的碳化深度也越小.结论通过分形特征研究混凝土的碳化耐久性问题是有效的,利用分形理论可以定量地表述碳化深度的变化.

分形维数与表面粗糙度参数的关系

将分形维数Ｄ与传统的表面粗糙度评定参数Ｒａ和λｑ作了比较。实验结果表明：Ｄ与Ｒａ的线性关系并不明显，而Ｄ与λｑ的相关性较好。三个参数各自反映了表面的不同特征，但不能相互替代。

基于计算机视觉的片烟形状测量方法

为准确描述片烟形状,基于计算机视觉提出了一种片烟形状测量方法。采用基于Mean-shift均值漂移算法的图像分割方法实现图像中片烟区域的初步提取,利用形态学梯度算法精确提取片烟轮廓。分别使用分形维数和傅里叶描述子两种方法对片烟形状进行定量描述,并以一组形状各异的片烟为测试对象,对分形维数和傅里叶描述子形状描述能力进行了分析实验。结果表明:对于不同形状的片烟,分形维数与傅里叶描述子的取值差异明显,且两种方法的取值随着片烟形状差异的扩大而增大,表现出单调性,验证了两种方法对片烟形状均具有可靠的描述能力。将两种形状定量方法同时运用于片烟形状测量系统,能够有效评价片烟形状。

地表的分形测量及其大地构造学意义

以湖北红安地区为例,采用投影覆盖法(projectivecoveringmethod)对地表进行了二维分形测量,结果表明,地表面积具有双分形(bifractal)关系,即具有小尺度的结构分形(texturalfractal)和大尺度的构造分形(structuralfractal),分叉点(breakpoint)的尺度为3610m,分维值都在2～3之间且结构分维值大于其构造分维值。可见,地表形态具有分形性质,分维值可以指示地表形态的复杂程度。构造分维值可作为构造活动强度的一个指标,可为大地构造单元的划分提供定量依据。复杂地表形态主要是由构造活动(内营力作用)和各种复杂表生地质作用(外营力作用)引起的,前者主要控制大尺度的地形起伏,后者则塑造小尺度的地表形态。地表分维值可以指示地表的发育成熟度,该地区小尺度的结构分维值大于大尺度的构造分维值表明其处于地表形态的发育晚期。此外,地表的分形尺度可以来用确定构造活动尺度,从而指导构造地质与找矿勘探研究。

Shannon-Wiener指数的改进

针对多样性测定的Shannon－Wiener指数缺陷，运用分形理论，建立一个测定多样性的新的Shannon－Wiener指数，并推导了Shannon－Wiener新指数的均匀度公式．应用武夷山国家自然保护区的米储群落多样性调查的100－1500m^2不等的样地资料进行Shannon－Wiener新指数及其均匀度的测定，结果表明，新指数能客观表征多样性特性，是一个可供应用的新模型．

基于多特征融合的前方车辆检测方法研究

为了有效地避免交通事故的发生,提高车辆检测的准确率和效率,提出一种基于车辆阴影、边缘、纹理和对称性等多种特征融合的前方车辆检测方法。利用多阈值分割得到车辆阴影,选取边缘确定出车辆可能存在的感兴趣区域,通过计算感兴趣区域内的分形盒子维数进一步确定车辆的候选区域,利用对称性测度验证定位车辆。实验结果表明,该方法能够实现不同环境下的车辆检测,相比较单个特征的检测方法具有较高的准确率和可靠性。

豫北地区城镇体系空间结构的多分形研究

以河南省北部为研究区 ,对城镇体系空间结构的多分形性质进行了实证研究 ,证明城镇体系是地球表面分形支体上发育的多标度分形系统。计算结果表明 ,豫北地区城镇体系的多分维Dq 和奇异谱f(a)在参数q≈ - 1处发生了标度间断 ,多分形测度只在q∈ [0 ,+∞ )范围内发育 ,当q≤ 1时 ,标度紊乱 ,f(a)函数和Dq 谱均不收敛 ,从而证明 :多分形是由单分形演化而来 ,城镇体系的多分形结构是由测度集中区向测度疏散区不断发展、逐渐形成的。另外 ,从人地关系、系统演化以及测算方法等角度对有关问题进行了初步探讨。

测量新老混凝土粘结面粗糙度的方法

定量描述新老混凝土粘结面的粗糙度对研究新老混凝土的粘结性能至关重要.试验结果表明,高压水射法处理的粘结面具有分数维结构.分别采用灌砂法和分数维法测量新老混凝土粘结面粗糙度,结果表明二者之间具有较好的线性关系.灌砂法操作简便,为工程实践和试验研究提供了可作参考的粘结面粗糙度的测试方法.

分形图像的泛逻辑运算模型

泛逻辑学与分形理论是研究非线性自然系统的新兴科学,它们在复杂系统与计算机图像处理中已有良好的应用。论文首先给出了分形图像的测度选取原则与分维计算方法,然后利用泛逻辑学的基本原理,首次在分形图像中引入“泛逻辑”的概念。文章分析并建立了分形图像的“非与或”运算模型,并实现了分形图像的泛逻辑运算仿真系统,得到了良好的运算结果。这给分形图像的研究提供了一种新的思路,同时也拓展了泛逻辑学的应用领域。

金属冲击断口的分形分析

本文借助于分形研究了钢在低温冲击条件下,断裂表面的分形维数与冲击韧性,冲击断裂性质以及微观组织之间的关系。实验结果表明,冲击韧性α_K的对数值随分形维数D_F增加成单调上升的直线关系。显微组织的变化对分形维数有重要影响,分形维数与断裂机制之间存在一定的对应关系。

PIM粉末颗粒的分形特征及其分形维数

分析了粉末注射成形几种常用粉末颗粒形状、投影边界、表面的分形特征。介绍了一种适用于粉末颗粒的分维测量方法。根据扫描电镜图片 ,用“数盒子”法测算了羰基铁和羰基镍粉投影边界图形的分形维数 ,它们分别在 1 .0 68～ 1 .0 80、1 .2 2 5～ 1 .2 3 5之间 ,说明羰基镍粉末颗粒的形状特征有可能用 Koch曲线分形性质来进行描述和分析。分形理论的引入可为研究粉末注射成形提供更准确的定量描述原料特征的方法 ,为粉末注射成形过程的控制提供了更精确的工艺参数。