(硕士论文)非高斯随机粗糙表面的数字模拟

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1、西安工业大学硕士学位论文非高斯随机粗糙表面的数字模拟姓名：宋俊杰申请学位级别：硕士专业：光学工程指导教师：田爱玲20080430非高斯随机粗糙表面的数字模拟研究生签字：帮布，指导教师签字：’＼秒．孝办摘要在研究接触式测量以及接触表面之间的摩擦特性等工程领域中，表面粗糙度对工件的机械性能尤其是接触表面的摩擦、磨损、结合面的密封以及旋转件的疲劳强度等都有显著影响。一直以来，在光学工程领域中，光学表面粗糙度引起的表面散射对于光学系统的工作特性也有很大的损害。人们对表面粗糙度的研究，总是以生成的随机粗糙表面为研究对象，且大多数研究都是建立在高斯随机粗糙表面的基础上。然而在许多工程研

2、究中，由于粗糙表面的峰相对于谷而言总是比较容易去除，所以很多的工程表面呈现的是具有某种程度的负偏斜的非高斯随机粗糙表面，因此，研究非高斯随机粗糙表面具有重要的意义。粗糙表面的计算机模拟是建立粗糙表面数字化模型，进而对粗糙表面间相互作用进行模拟研究的前提。快速傅立叶变换(FastFourierTransform，简称FFT)是生成非高斯随机粗糙表面的一种有效工具，为此本文提出了一种基于快速傅立叶变换、Johnson转换系统和自相关函数等理论模拟生成非高斯随机粗糙表面的方法，该方法可以生成具有给定偏斜度、峰度和不同的自相关函数的非高斯随机粗糙表面。基于上述理论和方法，采用Mat

3、lab语言编写了生成非高斯随机粗糙表面的程序，模拟生成了具有不同偏斜度、峰度和自相关长度下二维和三维非高斯随机粗糙表面的计算机仿真结果，从而验证了该方法的可行性和正确性。最后，对非高斯随机粗糙表面模拟过程中的误差进行了分析，着重分析了自相关长度、峰度和偏斜度变化时，生成的非高斯随机粗糙表面的输入统计参数与输出统计参数之间的误差。分析结果表明：在一定的条件下用该方法模拟生成的非高斯随机粗糙表面，其输入的随机表面的统计参数与输出的统计参数吻合较好，但是当自相关长度比较大的时候，误差比较明显，同时，在峰度小于3时，并不是所有的非高斯随机粗糙表面都能被模拟。关键词：非高斯随机粗糙表

4、面；偏斜度；峰度；自相关函数；计算机模拟DigitalSimulationofNon--GaussianRandomRoughSurfacesDiscipline：OpticalEngineeringStudentSignature：SupervisorSignature：两珂圯1跏鹣IbqAbstractIntheengineeringfieldsofstudyingcontactfriction，surfaceroughnesshasaremarkableeffectonengineeringproperties，especiallycontactfriction，ab

5、rasion，pressureandfatigueintensityofrevolvingapparatus．Inthefieldofoptics，lightscatteringofopticalsurfaceroughnessinfluenceonworkcharacteristicofopticalsystemgreatly．Therandomroughsurfaceswerealwaysusedtobeobjectinresearchofsurfaceroughness，furthermorethemostofresearcheswerebasedonGaussian

6、randomroughsurfacegenerated．Butinthefact，roughsurfacepeaksareeasiertobewipedoffthanvales，thusmanyengineeringsurfacesarealwaysnegativenon-Gaussianrandomroughsurfaces．Soitisverysignificanttostudynon—Gaussianrandomroughsurfaces．Computersimulationofroughsurfacesisestablishedbydigitalmodelofrou

7、ghsurfaces，whicharepreconditioninresearchofsurfaceinteraction．FastFourierTransform(FFT)isaneffectivemeansofsimulmionofnon—Gaussianrandomroughsurfaces．Inthiswork,anewmethodWaspresented，whichbasedonFastFourierTransfoHn，Johnsontranslatorsystemandautocorrelationfu