分形粗糙面的主轴承弹流脂润滑分析

为探究弹性流体动压润滑(弹流润滑)状态下RV减速器主轴承接触表面之间的润滑特性,基于润滑脂的非牛顿特性以及粗糙表面分形理论,提出一种主轴承的点接触弹流脂润滑数值模型。首先,对该模型进行数值求解,得到脂膜压力、脂膜厚度的分布规律;然后,将其分别与其他点接触弹流润滑模型的数值结果和实验结果进行对比,验证了所建模型的正确性;最后,分析了主轴承表面光滑和粗糙状态下流变指数、分形维数、卷吸速度、载荷和润滑脂黏度对润滑性能的影响。结果表明:润滑脂的非牛顿性越明显,脂膜厚度越小且颈缩现象愈加不明显,接触区附近脂膜压力越符合赫兹压力分布,二次压力峰逐渐消失;考虑主轴承分形粗糙表面的弹流润滑特征更切合实际,增大分形维数,接触区真实接触面积增大,有利于降低脂膜压力,增加脂膜厚度;卷吸速度、载荷和润滑脂黏度对脂膜厚度分布的影响显著,对脂膜压力分布的影响较小;脂膜厚度以及最小膜厚越大,主轴承接触区脂膜不易破坏且越容易形成动压润滑。

基于分形理论的角接触球轴承刚度建模

角接触球轴承广泛应用于机床、自动化设备等领域,但是对角接触球轴承中刚度的研究却少之又少。对于现有文献中的模型而言,未考虑接触参数如表面粗糙度对刚度的影响关系。这里在角接触球轴承刚度分析的基础上,提出了一种基于分形理论来计算轴承刚度的模型,这里建立的角接触球轴承刚度模型能够考虑接触参数对刚度的影响。结果表明,角接触球轴承中的轴向载荷和刚度在不同表面粗糙度下是相互影响的。此外,该模型通过与其他文献的模型相比较,对比结果表明了该模型的有效性。

基于分形理论的静压支承滑靴系统摩擦自适应特性分析

静压支承滑靴副比一般的滑动摩擦副具有更好的摩擦自适应特性,对滑靴的早期磨损有一定的修复效果,但其摩擦自适应机理目前尚不明确。为此,基于分形理论,采用分形维数、尺度系数等分形参数描述滑靴表面形貌,对摩擦自适应过程进行理论分析,开展磨损试验并以分时段更换试件的试验方法观察分形参数的变化情况,得到分形参数对摩擦学特性的影响规律,揭示滑靴摩擦自适应机理。结果表明,滑靴副在发生早期磨损后,分形维数呈增大-减小-再增大-再减小的变化过程,尺度系数和摩擦系数呈减小-增大-再减小-再增大的变化过程,滑靴在早期磨损阶段呈现出显著的摩擦自适应特性,其表面性能表现出劣化-修复-再劣化-再修复的变化特征。

基于分形理论的变齿厚齿轮接触应力分析

为了更准确地反应变齿厚齿轮齿面真实接触应力,构建了变齿厚齿轮的齿面接触系数,并对其合理性进行了验证。基于分形接触理论和Hertz接触理论建立了综合考虑齿轮齿面粗糙形貌、接触点弹性变形、材料特性等参数的变齿厚齿轮接触模型,计算变齿厚齿轮的接触强度,并与有限元计算结果进行比较,验证了方法的有效性。通过分形理论得出齿轮啮合时载荷与面积的关系,并对4个基本参数进行仿真,分析分形接触模型的效果。结果表明,通过数值模拟和分析实际接触面积与载荷的关系图,验证了分形接触模型的准确性。基于有限元理论、Hertz接触理论和分形理论,对变齿厚齿轮的齿面接触强度进行了比较和分析,验证了分形接触模型计算变齿厚齿轮接触应力的正确性,该模型的建立为变齿厚齿轮的设计与强度校核提供了一定的理论依据。

海洋中示踪物等值线的分形长度及其与混合效率的关系

涡致混合扩散是物理海洋研究中的热点和难点问题。本文基于“有效扩散”理论,研究示踪物等值线在海表地转湍流的多尺度搅拌作用下,发生拉伸、扭曲、变形、折叠等改变其几何拓扑结构的现象,并探讨了等值线分形长度的变化与混合效率的关系。研究结果表明,在地转流场的搅拌下,示踪物的等值线会被迅速拉长,并产生丰富的精细结构。这种分形式的增长可达原长度的10~20倍,是混合效率提高的主要原因;而涡丝和锋面伴随的梯度增强虽然也有贡献,但为次要因素。另一方面,在示踪物模拟过程中,小尺度扩散会通过不可逆混合对示踪物进行均匀化,从而抹平等值线的精细结构,抑制等值线的增长,限制混合效率的提高。基于“数盒子”算法计算了等值线的分形维度,其数值在1.4到1.6之间,介于一维和二维之间。但由于地转湍流数据分辨率的限制,无法考虑更小尺度(次中尺度过程)的搅拌作用,可能低估了等值线的分形长度和混合效率。本研究将海洋混合与等值线几何特征联系了起来,初步得到了分形长度和混合效率两者的经验关系式,未来可以利用图像识别等成熟遥感技术将海洋示踪物等值线的几何特征直接转换为混合效率,为诊断分析海洋混合及其参数化提供了一种新的思路。

分形界面吸附行为初探

煤层气吸附解吸机理研究是揭示煤层气成藏机理及高效开发煤层气的基础。已有研究表明,煤储层孔隙结构非常复杂且具有分形特征,煤层气在孔-固界面的吸附行为明显受到煤孔隙结构特征的影响。对比分析几种常用气-固界面上的吸附模型,总结这些模型的特点和适用条件,指出当前吸附模型在分形界面吸附行为的描述和应用上均未摆脱吸附选择性的平稳假设,尚未考虑吸附厚度的尺度不变特征。而分形拓扑理论可以有效标定分形对象的尺度不变属性,为分形界面的等效表征提供了理论支撑。因此,结合上述模型对气-固界面吸附行为的描述,借助分形拓扑理论提出煤储层孔-固界面上分形吸附行为的相关假设及其控制机理,构建基于吸附拓扑的单层吸附模型。在此基础上,通过设置不同的吸附拓扑参数组合获取其等温吸附曲线,分析得出,随着吸附压力的升高,吸附覆盖率表现出指数、线性和对数3种不同的增长趋势,而吸附热表现为对数减小趋势。结果显示,不同的吸附拓扑参数组合会得到不同类型的等温吸附曲线,在一定程度上弥补了Langmuir方程只能描述单一类型等温吸附线的不足。为了验证吸附模型的适用性,结合沁水盆地武乡区块富有机质泥页岩的液氮吸附实验数据,对比了实际等温吸附曲线与模拟吸附曲线的差异。结果表明,通过调整各吸附拓扑参数之间的组合关系,可以使等温吸附模拟曲线与实际吸附曲线的趋势始终保持一致。最后,探讨了吸附解吸机理的研究方向,类比电子层提出了吸附层的概念,指出发展分形动力学描述模型是解释煤层气吸附解吸规律的关键。

难变形金属小模数齿形件电流辅助分形旋压成形方法研究

针对难变形金属小模数齿形件采用传统滚齿及插齿方法制备时,存在材料利用率低、强韧性不足等问题,提出采用分形旋压方法实现此类小模数齿形件的完整近净成形。以模数为0.3的30CrMnSiA合金结构钢小模数齿形件为研究对象,设计制作了难变形金属小模数齿形件分形旋压成形工艺装备,并基于旋压成形试验进给研究了渐进式进给、主轴正反转进给和间歇式进给3种不同成形方式及有/无电流辅助条件对难变形金属小模数齿形件分形旋压的影响规律。结果表明:采用渐进式进给成形方式时,旋压成形缺陷最少,但所获得的轮齿饱和度仅为70.2%;采用正反转式成形方式时,成齿区易出现预成形齿顶与旋轮轮齿啮合错位而导致被两次分形的缺陷;采用间歇式进给式成形方式时,成齿区齿顶部分出现大量毛刺;采用渐进式成形方式,相同试验条件下,通入脉冲电流后,材料塑性变形能力显著提升,轮齿饱和度提高到95.7%。采用电流辅助分形旋压成形获得的小模数齿形件齿廓偏差为0.029 mm、齿距偏差为0.015 mm。

谢宾斯基分形结构声散射特性与视觉偏好评价

声扩散界面设计应兼顾声学和美学需求。结合参数化设计方法,谢宾斯基分形的模块化结构具有灵活生成个性化界面的潜力。然而,针对分形结构声学特性与视觉效益尚缺乏综合的量化研究。根据谢宾斯基分形的构造规则提出了一种宽频的扩散结构设计方法,分别从声学性能与视觉偏好的角度,研究模块形状、模块高度和随机排布程度对性能的影响。采用边界元素法的数值仿真与实测验证,结合虚拟仿真技术的主观调查,以及多目标综合分析,探究分形设计要素的作用机制和最佳阈值范围。结果表明,与相同体量的传统二次残差扩散体相比,具有不同平面尺寸和高度模块的分形结构改善了扩散性能,特别是在1 kHz以下的中低频范围。此外,发现在室内使用中高复杂度(迭代3次)、低随机排布、谢宾斯基三角截锥分形结构,有助于提高居住者对环境的偏好度。

泥石流频发区不同土地利用类型下土壤分形维数与理化性质的关联度

为综合评价泥石流频发区不同土地利用类型下土壤的结构稳定性,本研究以蒋家沟为例,选取耕地、草地、林地为研究对象,裸地作为参照,基于分形理论分析了不同土地利用类型下土壤的分形特征,利用主成分分析方法,分析了影响土壤结构稳定性的主要影响因子,同时利用关联耦合度方法构建了土壤分形维数与理化性质间的耦合模型。结果表明,不同土地利用类型下土壤的分形维数介于2.71~2.75,0.5~2 mm土壤颗粒含量决定了不同土地利用类型下土壤的分形维数;土壤颗粒的分形维数与土壤碱解氮、容重、有机质含量显著相关,两者之间属于中等关联,土壤理化性质对分形维数的影响大小依次为容重>碱解氮>有机质;分形维数与理化指标的系统耦合度属于弱协调,未达到最佳状态;不同土地利用类型的系统耦合协调程度按大小排序为林地>草地>耕地>裸地。研究结果表明,增加植被覆盖和减少人为扰动有利于稳定的土壤结构形成。研究结论可以为流域植被恢复及土壤结构特征描述提供一定的理论依据。

基于半圆分形的柔性超宽带天线

以柔性材料聚酰亚胺(PI)作为介质基板材料,设计了一种柔性超宽带(UWB)半圆分形天线。天线辐射单元采用四阶半圆迭代嵌套分形结构,通过不同分形半圆调节电长度,增加天线的工作谐振点。通过在接地板开槽提高天线的阻抗匹配特性,实现UWB辐射。利用共面波导馈电方式提高天线的集成性。仿真与测试结果表明:所设计天线的阻抗带宽为2.98-10.61 GHz,带内全向增益达到5.58 dBi,天线最终尺寸为30 mm×24 mm,实现了小型化和可弯曲的特性,在共形于13 mm半径的圆柱后,天线仍能保持UWB辐射性能。

基于分形理论的城市空间结构及其影响因素研究——以贵阳市为例

以贵阳市为研究区,以2010、2020年各土地利用类型数据为基础,采用分形理论探究贵阳市土地利用的变化速度和幅度,并分析贵阳市土地空间结构变化的驱动因素。结果表明:(1)贵阳市主要以耕地和林地为主,研究期间耕地、林地、草地等农业用地面积下降,建设用地和水体面积增加显著。(2)研究期间贵阳市各地类分形维数相差较大,整体边界维数呈上升趋势,形态维数下降,说明城市空间结构不规则性增加,城市土地利用复杂化,紧凑性降低。(3)贵阳市土地利用类型的变化是自然、人为因素共同导致的,尤其是经济与政策的影响。

分形视角下城市非规则道路网近百年演化过程研究

城市道路网在不同时期具有独特的网络结构,然而在近百年历程中如何演变,其过程并不清晰。研究以城市非规则道路网为例,通过历史资料整理提取了南京市鼓楼片区1900年来4个时期道路网,运用分形理论量化表达道路网覆盖均匀度和发育复杂度。结果表明:鼓楼片区非规则路网是由贯通性主干路牵引形成的;其路网相对稀疏,依然有更新和改进的空间;路网覆盖度和连通度近年来趋于平缓,城市应重视干道的功能拓展和“大院制”支路的打通。通过文献史料分析,解释了不同阶段规划思想、社会变革等因素对道路网演变起到的作用,认为历史古城道路网的更新保护应重视起牵引作用的骨架干道,同时重视非机动车和行人的需求,提升其可达性。

含孔洞多裂隙复合岩层裂纹扩展和分形特性模拟研究

利用RFPA2D模拟在单轴压缩的条件下,含预制裂隙和孔洞复合岩层的裂纹扩展、破坏模式和分形特征,通过改变裂隙倾角和岩层倾角对裂纹扩展过程进行分析。结果表明:岩层倾角为0°不变而裂隙倾角变化时,模型试件破坏模式分为X型破坏模式和Y型破坏模式,对比应力-应变曲线和声发射数、分形维数-步数曲线发现分形维数对岩层破坏具有一定的表征作用;裂隙倾角为0°不变而岩层倾角变化时,模型试件破坏模式分为穿切软岩破坏模式和沿软岩破坏模式;通过Matlab计算得到的部分含孔复合岩层裂纹的分形维数与模型试件抗压强度的变化规律相同,分形维数与抗压强度之间的拟合存在显著的线性关系。

基于分形图案的透孔织物的设计和开发

为了丰富花式透孔织物的花纹种类,利用平纹和透孔组织的特点,采用分形图案设计,将平纹和简单透孔组织结合,形成有规律的花式透孔组织图案,以谢尔宾斯基地毯图案作为花式透孔组织的分形图案纹样,进行花式透孔织物的组织设计、上机设计及工艺参数设计等,并进行试织。结果得出:采用谢尔宾斯基地毯图案作为分形图案进行纹样设计,使平纹和透孔组织形成的花式透孔组织图案更有规律性,同时纹样新颖,具有装饰性,分形图案的使用也为多组织组合形成多种类的透孔花纹图案提供了新思路。

基础设施分形对超大城市规模边界的影响

基础设施分形是超大城市规模边界的重要影响因素。通过构建基于基础设施分形理论的城市发展模型分析发现,基础设施分形从人口异速增长、社会系统熵增和社会网络结构改变等方面,对超大城市规模边界产生重要影响。随着现代科技的发展,新型基础设施正替代传统基础设施,成为决定城市规模边界的核心要素。当前,应顺应科技革命趋势,加速推进基础设施优化升级,实施全周期、数字化治理,构建新型基础设施体系,重塑超大城市规模边界。

论小说《奥菲奥》的分形叙事

作为混沌理论的重要范畴,“分形”强调事物跨尺度的自相似性与重复对称性。当代美国作家理查德·鲍尔斯的小说《奥菲奥》巧妙运用这一混沌理论的重要范畴,在叙事内容与叙事结构上呈现独特的分形叙事特征。分形叙事不仅使得小说文本呈现出多层次多维度的复杂分形构型,使得小说成了一张动态而又整体的“混沌”之“网”,还有机地勾连了文学与艺术、历史与现实、想象与回忆,表征出一定程度的暗恐审美效应。《奥菲奥》通过小说人物对自由的向往和追求却最终走向悲剧人生的书写,披露了美国的反恐真相,表现出作家对后“9·11”时代深陷反恐阴影下美国社会的忧思。

用于光伏串联电弧辐射检测的五阶Hilbert分形天线设计

串联电弧是光伏系统的主要故障类型之一,掌握光伏电弧的辐射特性是解决光伏电弧检测的重要前提.为实现对故障电弧的检测,需要设计针对电弧特征频带的天线.为此,对Hilbert分形天线进行研究,设计了五阶Hilbert分形天线实现电弧故障检测.通过提高分形天线阶数,减小谐振频率,扩大天线带宽.设计结果表明:五阶Hilbert天线在0~500 MHz电磁辐射能量较大的频段内驻波比小于3(在10~140 MHz和170~500 MHz频段内VSWR<3),增益为-38 dB,方向性良好.通过搭建光伏串联电弧实验平台和设计的五阶Hilbert分形天线,分析电弧电磁辐射信号时频特性.研究可为光伏系统电弧故障的检测提供参考.

筑坝堆石料颗粒破碎及分形特性试验研究

为探究筑坝堆石料颗粒破碎现象,选取不同粗粒含量和含水量的堆石料作为研究对象,开展室内击实试验,分析土体的压实特性、颗粒破碎特性及分形特征,并揭示其力学响应机理。试验结果表明:随含水量的增加,堆石料的干密度先增大后减小。而最大干密度和最优含水量分别与粗粒含量呈现正相关和负相关。堆石料中出现明显的颗粒破碎现象,随粗粒含量和含水量的增加其颗粒破碎率随之增大。粗粒含量与含水量分别与分形维数成反比和正比关系,相较于含水量,粗粒含量对分形维数的影响更显著。

基于分形理论的旅游收入规模结构研究——以吉林省和辽宁省的比较研究为例

旅游不仅可以拓宽视野,还可以让人们远离身边的烦恼和生活压力。本文运用分形理论,利用Zipf公式分析东北两省旅游业近年的发展趋势,基于分形方法的测算和分析结果,为东北地区旅游结构与功能的优化提出政策性建议。

分形理论的方法论意义对高校心理健康教育的影响探究

分形理论发现的复杂系统的自相似性、标度不变性、分维数等全新的概念和系统特性,从新的哲学角度把自然界、社会及思维领域中一系列复杂的关系有机地结合起来,因此被迅速地应用于社会科学和自然科学的相关研究中,取得了有意义的结果。本文重点探讨了分形理论的哲学方法论意义及其对高校心理健康教育的影响和启示。