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题名涂层风沙冲蚀损伤表面分形维数预测模型
被引量：3
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作者
郝贠洪
张飞龙
宣姣羽
刘艳晨
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机构
内蒙古工业大学土木工程学院
内蒙古工业大学内蒙古自治区土木工程结构与力学重点试验室
内蒙古工业大学理学院
内蒙古自治区建筑检测鉴定与安全评估工程技术研究中心
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出处
《表面技术》
EI
CAS
CSCD
北大核心
2022年第4期127-138,156,共13页
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基金
国家自然科学基金(11862022)
内蒙古自治区自然科学基金项目(2018MS0547)
内蒙古自治区青年科技英才支持计划(NJYT-17-A09)。
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文摘
目的建立涂层风沙冲蚀损伤表面分形维数预测模型,重构冲蚀损伤表面形貌,为涂层风沙冲蚀损伤表面形貌研究提供基础。方法进行了聚氨酯防腐面漆涂层风沙冲蚀损伤试验,建立了多粒径粒子冲击模型,利用赫兹接触理论求解冲击损伤面积及其分布概率,分析表面损伤的演化规律得到损伤面积增长迭代关系式,结合分形分布理论求解损伤表面分形维数,分析不同参数对理论模型的影响。利用理论模型重构损伤表面形貌、预测表面分形维数并与试验结果进行对比分析。结果冲蚀试验中,随冲蚀时间、角度的增加,随机均匀分布的损伤区域逐渐叠加联通,分形维数也随之增大;表面分形维数存在最大值,斜角度下单粒子冲击损伤区域为彗星形。理论模型中,主导粒子粒径越大,分形维数初期增长速度越慢;冲击损伤面积越大,分形维数初期增长速度越快;损伤尺度系数越大,分形维数最大值越大;冲蚀前损伤面积越大,初始分形维数越大。对比理论模型与试验结果,重构损伤表面形貌损伤演化规律与试验结果相似,表面形貌余弦相似性及分形维数相关性系数均大于0.9。结论通过分析固体粒子冲蚀现象特点和试验结果,发现风沙冲蚀是非线性的反馈的动力学系统,涂层冲蚀表面形貌具有迭代的损伤演化过程。基于此建立涂层风沙冲蚀损伤表面分形维数预测模型,可利用风沙流参数有效预测不同冲蚀时间下损伤表面分形维数、重构损伤表面形貌。理论模型预测结果与试验结果具有较高的相似性,可以为涂层风沙冲蚀损伤表面形貌研究提供基础。
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关键词
风沙冲蚀
形貌
分形维数
赫兹接触理论
分形分布理论
预测模型
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Keywords
wind-sand erosion
morphology
fractal dimension
Hertz contact theory
fractal distribution theory
prediction model
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分类号
TH117.1
[机械工程—机械设计及理论]
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题名基于分形理论的钢化玻璃风沙冲蚀损伤形貌演化机理
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作者
郝贠洪
张飞龙
刘艳晨
宣姣羽
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机构
内蒙古工业大学土木工程学院
内蒙古工业大学内蒙古自治区土木工程结构与力学重点试验室
内蒙古工业大学理学院
内蒙古自治区建筑检测鉴定与安全评估工程技术研究中心
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出处
《表面技术》
EI
CAS
CSCD
北大核心
2022年第6期221-228,共8页
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基金
国家自然科学基金(11862022,51468049,11662012)
内蒙古自治区自然科学基金项目(2018MS0547)
+1 种基金
内蒙古自治区青年科技英才支持计划(NJYT-17-A09)
内蒙古自治区草原英才资助项目。
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文摘
目的为准确评价风沙冲蚀环境下钢化玻璃表面形貌,描述形貌演化过程,分析形貌损伤机理。方法进行了钢化玻璃风沙冲蚀损伤试验,利用激光共聚焦显微镜(LSCM)提取损伤表面形貌,利用透光率仪测试钢化玻璃透光率,综合使用分形维数、多重分形谱、透光率表征不同演化条件(冲蚀时间、冲蚀角度)下钢化玻璃表面形貌演化过程,识别冲蚀损伤特征及损伤阶段。结果不同冲蚀时间下,存在3个损伤阶段——快速增长期、中速增长期和稳定期,前2个阶段分形维数增速和透光率减速较快,稳定期透光率减速较慢,且分形维数将逐渐稳定在最大值(1.875)左右;不同冲蚀角度下,存在2个损伤阶段,中低冲蚀角(≤60°)下分形维数增速和透光率减速较快,高冲蚀角(>60°)下分形维数增速和透光率减速较慢。结论钢化玻璃表面冲蚀损伤机制为初生损伤和次生损伤,前者由风沙粒子单次冲击造成,后者是在后续沙粒持续冲击下由初生损伤诱发演化产生,前者复杂程度及对可见光的削弱能力大于后者;快速增长期、中速增长期和中低冲蚀角(≤60°)下以初生损伤为主,稳定期和高冲蚀角(>60°)下次生损伤大量增加。
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关键词
钢化玻璃
冲蚀
损伤评价
分形维数
多重分形谱
透光率
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Keywords
tempered glass
erosion
damage evalution
fractal dimension
multi-fractal spectrum
transmittance
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分类号
TH117.1
[机械工程—机械设计及理论]
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