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1、中国体视学与图像分析2001年6月第6卷第2期·90·CHINESEJOURNALOFSTEREOLOGYANDIMAGEANALYSISVol.6No.2Jum.2001文章编号:1007-1482(2001)02-0090-05表面分形表征在功能梯度材料中的应用李雪利,王鲁,王富耻,吕广庶(北京理工大学机械工程及自动化学院,北京100081)摘要:测量了采用等离子喷涂工艺制备的ZrO2/NiCrAl系功能梯度材料水平面与垂直面的分形维数,探索了整个等离子喷涂过程计算机模拟与分形表征之间的关系,初步建立了该材料分形维数与宏观性能之间的定量关系。结果表明,随NiCr
2、Al含量的升高,分形维数呈曲线变化,分形维数与抗弯强度具有较好的对应关系;在NiCrAl为20%～40%附近存在渗流区域,抗弯强度出现突变。关键词:功能梯度材料(FGM);分形维数;抗弯强度;数值模拟中图分类号:TB333文献标识码:AAPPLICATIONOFSURFACEFRACTALDIMENSIONTOFUNCTIONALLYGRADIENTMATERIALLIXue-li,WANGLu,WANGFu-chi,LUGuang-shu(SchoolofMechanicalEngineeringandAutomation,BeijingInstituteofTe
3、chnology,Beijing100081)Abstract:Fractaldimension(Df)ofZrO2/NiCrAlfunctionallygradientmaterial(FGM),whichwaspreparedbyplasma-spraytechnology,wasmeasuredandtherelationbetweennumericalmodelingofsprayingprocessandfractaldimensionwasexplored.Therelationshipbetweenfractaldimensionandmaroscop
4、icalpropertieswasestablished.TheresultsshowthatDfdisplayscurvilinearvarietywiththeincrementofNiCrAlcontentanditwasfoundtherewasagoodcorrespondingrelationbetweenthem.WhenNiCrAlcontentincreasedfrom20%to40%,theresultshowedthattherewaspercolationphenomenon,andmechanicsshowsobviousaugment.K
5、eywords:functionallygradientmaterial(FGM);fractaldimension;anti-bendingstrength;numericalmodeling根据材料的微观结构来表征宏观性能一直是材实现性。而且,采用直接观察试样表面的分形特征,料界研究宏、微观关系的重要课题。对此类问题的用表面形貌来推断其力学性能,可以省去繁琐的性研究,分形理论是一个具有极高工程价值的分析方能测量过程,提高效率,降低成本。法。早期的分形研究主要集中于断口,现在研究工本文采用等离子喷涂工艺制备ZrO2/NiCrAl系作者也注意到将分形应用于粗糙表面的
6、研究。近期功能梯度材料,ZrO2/NiCrAl系功能梯度以计算机辅研究结果表明,用分形维数定量表征功能梯度材料助设计为基础,使材料成分沿厚度方向从纯陶瓷向〔1〕表面微观形貌及其与性能之间的关系是可行的。纯金属过渡,随着厚度增加,金属相成分含量逐渐增随着软件技术的发展,研究手段也变得更为准确、简加,陶瓷相成分逐渐减少,达到金属基体与陶瓷相的捷,完全可以抛弃最初复杂的定量图像分析方法,这良好结合,很好地解决了两者性能不匹配的问题。也使得通过微观结构来研究宏观性能具有更高的可测试方法为SlitIslandMethod(小岛法),目的是通过分形维数定量表征ZrO2/NiCr
7、Al系功能梯度材料的收稿日期:2001-02-14微观形貌,其中包括喷涂表面与垂直于喷涂表面平基金项目:国防科技“九五”重点预研项目(12141311)作者简介:李雪利(1976-),女,汉族,河南焦作市人,硕士,研究面的分形维数,从而描述微观形貌与宏观力学性能方向:功能梯度材料之间的相互关系,建立起用分形维数来描述功能梯2001年第6卷第2期李雪利等:表面分形表征在功能梯度材料中的应用·91·度材料力学性能的机制,为之形成一种普遍的理论1.3实验方法方法奠定基础。在本文中,每一平面分别选取12个不同的区域,通过测量每一区域下第二相所占的总面积和总1研究方法周长
