论文摘要
碳纤维复合材料(CFRP)具有轻质、高强、耐高温、抗腐蚀、热力学性能优良等特点,广泛应用于航空航天领域。由于CFRP具有非均质性和各向异性等特点,其切削加工表面容易出现纤维拔出、纤维破碎、纤维撕裂、表面凹坑等独有的表面形貌特征,采用传统的二维评定标准不能真实反映CFRP的加工表面形貌特征。三维表面形貌测量是当今研究的热点,但国际上尚未建立相应的三维评定标准。而且,目前用于表征加工表面形貌特征的粗糙度参数是与尺度相关的参数,其测量值的大小随测量仪器的分辨率,采样长度的改变而改变,其测量结果不能反映加工表面形貌的固有特征。研究发现,机械加工表面具有随机、无序、自相似和自仿射等分形特性,而且分形维数是一种与尺度无关的参数,因此,使用分形理论来研究加工表面形貌成为可能。本文从CFRP加工表面的三维形貌出发,应用分形、小波理论,以加工表面SEM灰度图像为研究对象,对CFRP加工表面形貌特征进行研究,主要工作如下:(1)将分数布朗运动引入到表面形貌的研究中,分析分数布朗运动的特性和分数布朗运动模型参数H的物理意义,利用分数布朗运动模型模拟不同H值的分形曲线和分形曲面,研究了基于SEM图像的离散分数布朗随机场模型。(2)采用差分盒计数法(DBC)计算了CFRP加工表面图像的分形维数,结果表明,分形维数D与加工表面三维形貌密切相关,加工表面越粗糙,D越大,分形维数D能综合反映加工表面形貌的整体变化特性;引入多重分形对加工表面局部形貌特征进行分析,并利用计算的多重分形谱参数分析加工表面局部形貌的变化特性。(3)基于离散分数布朗随机场模型对CFRP加工表面图像纹理特征进行了研究,将图像中各点像素的灰度值变为相应的分形参数值H和b,对H进行归类,对同一类的H设定为相同的灰度值,利用设定的不同灰度值对表面图像进行纹理分割,从而提取出加工表面的局部形貌特征。(4)基于小波变换对CFRP加工表面粗糙度纹理特征的变化规律进行了分析,加工表面的粗糙度纹理变化主要反映在表面图像的高频信息部分,对表面灰度图像进行小波分解,计算分解的各细节子图像所占的能量比例,以此作为加工表面粗糙度纹理在不同方向上变化的依据。
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摘要Abstract1 绪论1.1 研究背景与意义1.2 分形概述1.3 国内外研究现状1.3.1 复合材料切削表面形貌研究现状1.3.2 表面形貌测量技术的研究现状1.4 本文研究的主要内容2 分数布朗运动模型及其应用2.1 分数布朗运动的基本理论2.1.1 布朗运动概念2.1.2 分数布朗运动2.1.3 分数布朗随机场2.1.4 利用分数布朗运动的傅立叶变换产生自仿射分形2.2 基于 SEM灰度图像的表面形貌分数布朗随机场模型2.3 本章小结3 碳纤维复合材料切削加工实验设计3.1 实验条件3.2 铣削实验切削参数设计3.3 CFRP加工表面粗糙度测量3.4 本章小结4 CFRP加工表面的分形维数计算与多重分形特性分析4.1 分形维数4.2 分形维数的物理意义4.3 加工表面的分形维数计算4.3.1 盒维数法4.3.2 差分盒计数法的实验验证4.3.3 CFRP铣削加工表面的分形维数计算4.4 CFRP加工表面的多重分形特性分析4.4.1 多重分形谱的理论ij（ε）的确定'>4.4.2 灰度图像生成概率Pij（ε）的确定4.4.3 权重因子q的取值范围确定4.4.4 多重分形谱的算法描述4.4.5 多重分形谱的参数描述4.5 基于多重分形的CFRP铣削加工表面形貌特征研究4.6 本章小结5 基于分数布朗随机场模型的CFRP加工表面纹理特征研究5.1 加工表面纹理特征与分数布朗随机场模型参数的关系5.2 基于分数布朗随机场模型的加工表面图像纹理分割5.2.1 基于离散分数布朗随机场模型的表面图像纹理分割算法5.2.2 CFRP加工表面图像纹理分割的实验研究5.3 加工表面图像的分形参数计算5.4 本章小结6 CFRP加工表面图像的小波分析6.1 小波变换基本理论6.1.1 小波变换6.1.2 高维连续小波变换6.1.3 二进离散小波变换6.2 多分辨分析理论和Mallat算法6.2.1 多分辨分析6.2.2 两尺度关系6.2.3 Mallat算法6.3 基于小波变换的CFRP铣削加工表面纹理变化特征提取6.3.1 CFRP铣削加工表面图像的小波分解6.3.2 小波分解各子图像能量分布的特征提取6.4 本章小结结论参考文献攻读硕士学位期间发表学术论文情况致谢
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标签：复合材料论文; 表面形貌论文; 图像论文; 分形论文; 小波变换论文;
基于分形、小波理论的碳纤维复合材料加工表面形貌研究
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