混凝土孔隙面分形特征与测试方法研究

为了更好地确定混凝土孔隙的面分形维数,完善混凝土孔隙分形的相关研究,采用液态硫磺浸渍样品,利用反光显微镜采集图片,并结合图像分析软件分析图片和处理数据,以获得不同龄期和不同掺和料下混凝土孔隙的面分形维数,并对面分形维数变化与强度变化之间的关系进行了探讨.结果表明:混凝土孔隙的面分形维数会随着龄期的变化而变化,不同掺量的掺和料会对面分形维数产生不同影响,但相同掺量、不同掺和料的面分形维数却变化不大;面分形维数与强度呈反比,两者具有一定相关性,且相关系数一般在0.90以上,掺和料的活性与掺量会对上述相关性产生不同影响.

二维带限分形粗糙面电磁散射的基尔霍夫近似

本文采用二维归一化带限Weierstrass分形函数来模拟二维分形粗糙面 ,主要利用基尔霍夫近似研究了该粗糙面的电磁散射 ,给出了散射场、平均散射强度系数和散射强度方差的计算公式 ,通过理论分析和数值计算讨论了散射场与分维及粗糙面其他有关参量间的关系 .

分形粗糙面单站散射的遮蔽效应研究

利用粗糙面电磁散射中的基尔霍夫近似,结合粗糙面遮蔽效应和分形粗糙面特征函数的计算,导出了考虑遮蔽效应情况下导体分形粗糙面单站散射截面近似公式.比较了高斯粗糙面和分形粗糙面的散射截面分布情况,分析了粗糙面不同均方根斜率对遮蔽效应的影响.研究了不同分维和不同空间基频情况下分形粗糙面后向散射截面的角分布情况.

分形粗糙面的电磁散射－扩展边界条件

用扩展边界条件方法对分形粗糙良导体面及介质面的电磁散射问题进行了分析。用推广的Floquet模式，在分界面处将场分量用Fourier级数展开，根据边界条件及扩展边界条件得到了水平极化和垂直极化散射场的幅度分量的表达式。用其它近似方法（Kirchhoff和Rayleigh方法）及能量守恒准则验证了此方法的有效性。

结合谱积分加速法的前后向迭代法数值计算分形粗糙介质面的双站散射和透射

本文发展结合谱积分加速法 (SAA)的前后向迭代法 (FBM) ,数值模拟电磁波低掠角入射下任意大小的介电常数分形粗糙面的双站散射 .将电场和磁场积分方程的阻抗系数阵 ,按面上场与电流未知量分类排序 ,形成四个子矩阵 .对每个子矩阵通过FBM/SAA快速消元得到其对角线元素组成的新两元系数阵 ,再通过FBM/SAA迭代计算该两元系数阵的场和面电流 .本方法的计算量和内存均与粗糙面离散剖分产生的未知量同量级 (O(N) ) .本文数值计算了TE、TM锥形波入射下任意大小介电常数分形粗糙面的双站散射和透射 ,并讨论了计算效率与能量守恒 。

一维带限Weierstrass分形粗糙面透射波散射系数特征研究

采用一维归一化带限Weierstrass函数模拟一维分形粗糙面,根据微扰法研究了粗糙面下方介质2中的电磁散射,结合分形粗糙面的自相关函数和功率谱导出了不同极化状态下一维带限Weierstrass分形粗糙面透射波散射系数计算公式.通过数值计算得出了不同极化状态下一维带限Weierstrass分形粗糙面透射系数的分形特征、基本特征、分区特征和随频率变化特征.结果表明分维、粗糙面高度起伏均方根和入射波频率对分形粗糙面透射波散射系数有显著影响,在其他条件不变的情况下,分维越大、粗糙面高度起伏均方根越大、入射波频率越大,透射系数就越大.

SMFSIA/CAG快速计算二维分形粗糙面的电磁散射特性

应用稀疏矩阵平面迭代/规范网格法(sparse-matrix flat-surface iterative approach and canonical grid method,SMFSIA/CAG)快速计算了二维分形粗糙面的电磁散射特性。在SMFSIA/CAG中,基于迭代法的原理,通过加快迭代收敛速度和加速矩阵向量积两个方面对该算法进行了改进,推导了关于平面展开的高阶泰勒级数展开公式,并对近场相关距离和泰勒级数展开阶数对算法效率的影响进行了分析。SMFSIA/CAG的应用降低了计算量,实现了对二维分形粗糙面电磁散射特性快速、准确地仿真计算。

分形粗糙面合成孔径雷达成像研究

研究了分形粗糙面的成像问题.分形粗糙面能够较好的逼近真实环境,采用带限形式的WeierstrassMandelbrot函数建立了分形粗糙面几何模型,对分形粗糙面参数的选取进行了讨论.对大尺度粗糙面散射问题提出了一种基于大面元的Kirchhoff近似方法,采用面元模型来计算粗糙面总的后向散射场以及每一个面元的后向散射场,并对面元的尺寸选取进行了研究,通过与解析解进行对比证明了该方法的正确性.在分形理论建立的确定性粗糙面几何模型与面元的Kirchhoff方法获取的散射场的基础上,采用正侧视条带式成像模式,并选用距离多普勒算法对不同分形参数的粗糙面进行合成孔径雷达(SAR)成像模拟,结果显示从SAR像中可以清晰地观察到不同分形参数对粗糙面几何轮廓的影响.该研究包括了从环境模型、电磁模型到SAR成像技术在内的完整的分形环境SAR像模拟过程,仿真结果显示出分形环境的SAR像特点,这对基于分形理论的自然环境的遥感探测以及参数反演具有一定的理论支撑作用.

分形分层粗糙面电磁波透射特性的混合算法

运用基于矩量法(method of moment,MoM)结合基尔霍夫近似(Kirchhoff approximation,KA)的混合算法研究一维带限Weierstrass分形分层介质粗糙面的电磁波透射问题.在混合算法中将上层粗糙面和下层粗糙面分别划分到MoM区域和KA区域,数值计算得到透射系数随透射波的散射角的变化,讨论粗糙面分维数、高度起伏均方根、底层介质介电常数、中间层介质介电常数和厚度、入射波频率对透射系数的影响,结果表明上层粗糙面参数对透射系数有显著影响,而下层粗糙面参数对透射系数影响较小.

二维分形粗糙面电磁散射的分形规律研究

采用二维归一化带限Brown分形函数来模拟二维分形粗糙面,利用基尔霍夫近似给出了该粗糙面的电磁散射场和散射强度方差的计算公式,主要讨论了散射场分布与分维的关系,获得了散射场波峰拟合线的斜率与分维D满足线性关系这一重要规律。

裂隙化岩体不连续面密度的分形研究

不连续面密度是表征岩体内部不连续面分布特征的重要参数之一,但是岩体内不连续面的分布是随机的、不规则的,要想准确获得岩体不连续面密度的真实值是不可能的。基于现场调查的岩体露头不连续面特征,借助计算机模拟技术建立岩体不连续面分布的二维、三维随机裂隙网格模型,从数理统计学的角度计算岩体不连续面密度数值。并基于分形理论计算岩体不连续面分布的二维、三维分布特征,尝试建立岩体不连续面密度与分维数的数学关系。计算结果表明,岩体不连续面密度与分维数具有相同的变化趋势,随着不连续面分维数的增大,不连续面密度增大,不连续面密度与分维数之间存在线性关系。研究结果表明,不连续面分布的体密度和三维分形维数,可以更加综合地反映岩体内部不连续面的分布特征和空间信息及对岩体强度参数的影响,对工程应用具有更好的实际作用。且在此基础上,提出基于不连续面分布的体密度和三维分形维数的岩体等效抗剪强度指标的折减计算。

二维fBm分形分层介质粗糙面电磁波透射特征研究

该文运用微扰法研究了平面波入射分层介质粗糙面的电磁波透射问题,推导出不同极化状态的透射波散射系数公式。采用二维fBm分形粗糙面来模拟实际的分层介质粗糙面,结合其功率谱导出了平面波入射时的透射系数计算公式。通过数值计算得到了HH极化状态下二维fBm分形分层介质粗糙面透射系数随透射波的散射角变化的曲线,分形特征、基本特征、随频率变化的特征。结果表明分维、底层介质介电常数、中间介质介电常数和厚度、粗糙面参数及入射波频率对透射系数的影响是非常复杂的。

分形土壤面与上方复杂目标复合电磁散射的MOM研究

基于复合散射研究在实际应用中的价值,实际的沙壤土面采用一维带限Weierstrass分形模型模拟,用导弹模型作为其上方目标,在TM波入射时,运用矩量法分别讨论土壤面的高度起伏均方根(δ)、湿度(mv)、分维数(D),目标的横纵向尺寸(l、d)与目标的高度(H)及入射波的频率(f)对复合散射特性的影响,通过数值计算得到每种情况对应的复合电磁散射系数(σ)的散射角(θs)分布.结果表明:对σ有明显影响的因素有δ、mv、H以及f,而对其影响较小的因素有D、l、d.

二维分形粗糙面电磁散射回波的幅值分布特征

讨论了一种二维Weierstrass分形函数在Kirchhoff近似下的电磁散射回波的幅值分布特征 .结果表明 ,这种分形函数的电磁散射回波的幅值分布 ,在其均方根非常小时以Rayleigh分布为界 ,当其均方根较大时服从K 分布 ,且其形状参数随均方根的增大而减小 .

来自分形粗糙面球面波近场散射特性

本文研究粗糙面球面波近场散射效应 ,分析计算了理想条件下由于路径相关引起的干涉效应 ;用带限分形函数来模拟二维粗糙表面 ,从动态和静态角度 ,揭示在许多不同条件下粗糙面单站近场散射的物理机理。

分形粗糙表面掠入射时的全极化指数计算

为分析经典解析法不能有效求解掠入射时粗糙表面的散射特性,用高阶微扰法计算了二维分形导体表面的后向散射系数。计算值与测量值的比较证明了高阶微扰法的有效性。对不同粗糙度下掠入射时全极化指数的研究,获得了不同入射条件下极化指数与掠入射角余切函数曲线的拟合和有效表达式,修正了前人的结论,并发现用高阶解析法可区分粗糙表面的类型。

分形模拟粗糙面绘图分析

基于二维带限维尔斯特拉斯分形函数衍变建立的模拟粗糙面模型,通过计算机绘图模拟,验证了该模型能很好的模拟实际粗糙面.结论对于使用该模型进一步研究海平面,大气湍流等实际粗糙面的电磁波的传播、散射提供了佐证.

分形粗糙墙面电磁波透射特性研究

采用一维带限Weierstrass分形函数模拟了粗糙墙面,运用矩量法（MoM）与基尔霍夫近似法（KA）相结合的混合方法研究了分形墙面的电磁波透射特性。首先运用MOM计算了墙内电磁场,再利用KA求解了墙后电磁透射场。数值计算得到了分形墙面透射系数随透射角的变化曲线,确立了墙面几何统计参数、介质参数以及入射波参数与透射系数的依赖关系,得到了分形墙面较完整的电磁透射特性。

基于微扰法的二维fBm分形粗糙面电磁波透射问题研究

采用二维fBm分形函数来模拟二维实际粗糙面,根据微扰法研究了该分形粗糙面下方介质2中的电磁散射,给出了透射波的散射系数,数值计算讨论了分维、介质介电常数、粗糙面参数和入射波频率对透射系数的影响,得出了二维fBm分形粗糙面透射系数的分形特征、基本特征、分区特征和随频率变化的特征并对有关结果进行了详细分析。

封面图片说明

封面图片来自本期论文“分形粗糙面的主轴承弹流脂润滑分析”,是西安建筑科技大学机电工程学院李玲教授课题组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,将复杂RV减速器主轴承结构模型进行简化的过程。本研究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。