磨损过程中摩擦力与摩擦振动信号的混沌特性及相关性

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1、硕士学位论文磨损过程中摩擦力与摩擦振动信号的混沌特性及相关性ChaoticPropertyandCorrelationofFrictionForceandFrictionVibrationinWearProcess作者：陈楠轩导师：朱华教授中国矿业大学二〇一五年六月中图分类号TH117学校代码10290UDC621.8密级公开中国矿业大学硕士学位论文磨损过程中摩擦力与摩擦振动信号的混沌特性及相关性ChaoticPropertyandCorrelationofFrictionForceandFrictionVibrationinWearProcess作者陈楠轩导师朱华

2、申请学位工学硕士培养单位机电工程学院学科专业机械设计及理论研究方向摩擦学答辩委员会主席评阅人二〇一五年六月论文审阅认定书研究生陈楠轩在规定的学习年限内，按照研究生培养方案的要求，完成了研究生课程的学习，成绩合格；在我的指导下完成本学位论文,经审阅，论文中的观点、数据、表述和结构为我所认同，论文撰写格式符合学校的相关规定，同意将本论文作为学位申请论文送专家评审。导师签字：年月日致谢本论文是在导师朱华教授的悉心指导下完成的，每一点研究成果的取得都凝结着导师的智慧和心血。朱老师治学严谨，知识渊博，在工作上踏踏实实，在生活上朴素平和，开朗风趣，关心学生，他不仅在科研方向上给

3、了我许多的指导，也在做人处事上给我树立了榜样和标杆。在论文工作中，还得到了唐玮老师等的帮助和指导，再次表示感谢！在试验研究中还得到了周元凯博士生、左雪博士生、丁丛博士生及蒯子函、李岩、孙国栋、张建凯等同学的热情协助，在此一并表示谢意！在攻读硕士学位期间，我的家人做了我的后勤保障，付出了辛勤的努力，并默默的在背后支持我，感谢我的朋友们，他们的支持使我在辛苦的工作之余能获得心理上的舒缓和满足。最后，衷心感谢参与论文评审和答辩工作的专家，虚心聆听你们对论文的意见和建议，希望能获得你们的肯定和认可，同时也恳请各位专家对我的论文和今后的学术研究给予技术性和方向性的指导与帮助！

4、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

5、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

6、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

7、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。该论文有图80幅，表11个，参考文献109篇。关键词：磨损过程；摩擦信号；混沌特性；相关性IAbstractInordertoen