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材料疲劳断面形貌分形特征研究

作　者: 段宇
导　师: 王敏
学　校: 上海交通大学
专　业: 材料加工工程
关键词: 304不锈钢疲劳断裂断面形貌粗糙度分形特征
分类号: TB301
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

材料疲劳断面形貌包含了一定量的断裂动态信息。依据定量观察学原理对断面形貌进行观测,研究人员在断面粗糙度研究中已发现形貌自仿射现象,这表明断面形貌具有分形特征。然而受限于观测手段匮乏,对材料断面形貌分形特征的研究多限于二维分析,即断面轮廓线分形特征分析;分形特征的研究也仅限于分形维度数值;分形特征与断裂机理之间联系也并未明朗。本文针对一系列疲劳试验断口形貌的观测数据,运用Matlab软件对三维形貌数据进行粗糙度分形特征分析,研究分形关系函数的斜率值(即分形维度)及截距值这两类分形特征,得出三维层面上不同方向的断面分形特征变化情况,并结合同样基于Matlab平台上的数值模拟,对该情况进行解释;基于数值模拟断面形貌,进行了极大模量小波变换(WTMM)手段分析分形特征的尝试;对两分形特征进行了物理意义的探索,以试图挖掘材料种类、应力强度因子、疲劳环境与疲劳裂纹产生及扩展方式之间的联系。研究表明:疲劳裂纹扩展的不均匀性会掩盖局部断面分形维度的各向异性特征;WTMM手段可有效分析断面“多分形”现象,其所得的断面整体分形维度值也具有指导意义;对于304不锈钢,大气环境与水环境下的疲劳加载的变化将会分别影响裂纹耦合方式及裂纹产生方式。

全文目录

摘要  3-4
Abstract  4-8
第一章绪论  8-24
  1.1 课题研究基础  8-14
    1.1.1 定量观测学断面研究  8-10
    1.1.2 粗糙度计算  10-12
    1.1.3 自仿射现象及分形  12-14
  1.2 断面形貌研究现状  14-22
    1.2.1 粗糙度研究新进展  14-15
    1.2.2 断面分形研究现状  15-20
    1.2.3 断面人工模拟研究现状  20-22
  1.3 本文研究内容  22-24
第二章试验与数据采集  24-28
  2.1 实验介绍  24
  2.2 数据采集  24-28
第三章断面分形特征分析  28-46
  3.1 数据矩阵的创立与预处理  28-29
  3.2 轴向粗糙度分析  29-31
  3.3 各方向粗糙度指数计算  31-34
  3.4 断裂表面的数值模拟及分析  34-40
    3.4.1 已有模拟程序的检验  34-37
    3.4.2 程序改进及分析  37-40
  3.5 极大模量小波变换方法的应用  40-43
  3.6 断裂机制分析  43-46
第四章结论  46-47
致谢  47-48
参考文献  48-51
攻读硕士学位期间已发表论文及其他科研成果  51-53

材料疲劳断面形貌分形特征研究

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