磨损过程中摩擦力与摩擦振动信号的混沌特性及相关性

发布时间：2017-10-08 19:21

本文关键词：磨损过程中摩擦力与摩擦振动信号的混沌特性及相关性

【摘要】：为揭示摩擦学系统在磨损过程中的演化规律及内在联系,进一步揭示和评价摩擦磨损机理,便于更好地开展摩擦学复杂问题的定量研究,本论文以混沌理论为基础,以磨损过程中的摩擦力及摩擦振动信号为研究对象,探究了磨损过程中摩擦系统的混沌特性演化规律,以及摩擦力与摩擦振动信号的相关性。具体研究内容如下:首先进行摩擦磨损试验,试验在销盘式摩擦学试验机上进行,上试样分别采用铝、铜、GCr15、20钢,下试样统一采用淬火45钢在相同的工况及润滑条件下进行摩擦磨损试验,采集四组磨损过程中的摩擦力信号和摩擦振动信号。接着以洛伦兹混沌信号为例,定量分析了噪声对混沌信号特性的影响,结果表明,噪声对混沌信号的功率谱、嵌入维数、时间延迟、最大Lyapunov指数、关联维数等多种混沌特性都有较大的影响,论证了滤波的必要性。然后使用经验模态分解(EMD)方法对洛伦兹混沌信号进行滤波处理,并与小波滤波和中值滤波得到的信号进行比较分析,证明EMD滤波方法对于含有噪声的混沌信号具有良好的滤波效果。于是将该方法应用于真实的摩擦磨损试验信号中,使用EMD方法对试验采集的摩擦力和摩擦振动信号进行滤波处理,结果表明,EMD方法对于试验所采集的摩擦信号也具有良好的滤波效果,最终得到了相对纯净的摩擦信号。其次,采用延迟坐标状态相空间重构技术对试验所采集的摩擦力信号和摩擦振动信号进行相空间重构,分别构建相空间中摩擦力和振动信号的吸引子和递归图,以定性研究磨损过程混沌特性的变化。结果表明:试验中所选用的摩擦副在磨损过程中摩擦力和摩擦振动信号的相空间轨迹都存在“从远离平衡态的发散突变模式到平衡态的收敛和维持的稳态模式再到远离平衡态的发散突变模式”的演化规律。然后,对摩擦力和摩擦振动信号分别采用关联维数,递归度,确定度,分歧度,熵和分层度等多种混沌特性参数进行表征,以定量研究磨损过程摩擦系统的混沌特性演化规律。研究表明:不同材料摩擦副在摩擦磨损过程中相空间轨道结构的精细程度、相空间轨迹的收敛程度、摩擦系统所蕴含的信息量以及摩擦系统的稳定程度无一例外具有“倒浴盆曲线”的变化规律。摩擦力和摩擦振动信号的相空间轨迹都存在轨道之间距离由远及近再远的规律;摩擦系统中所蕴含的信息量在磨损过程中存在由少到多再变少的规律,与磨合磨损、正常磨损和急剧磨损三个磨损阶段相对应最后,采用交叉递归图和交叉递归度,交叉确定度和交叉平均线长三种基于交叉递归图的相关性定量参数分别对每组试验在磨损过程中摩擦力和摩擦振动信号在相空间中的相关性进行定性和定量研究,结果表明:摩擦力和摩擦振动信号在相空间中具强相关性。
【关键词】：磨损过程 摩擦信号 混沌特性 相关性
【学位授予单位】：中国矿业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TH117.1
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