分形理论在机械设备状态监测与故障诊断中的应用.pdf

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1、2011年7月机床与液压Ju1．2011第39卷第13期MACHINETO0L&HYDRAULICSV01．39No．13DOI：10．3969／j．issn．1001—3881．2011．13．044分形理论在机械设备状态监测与故障诊断中的应用曾聪敏，张庆武，郁超，王文明，高英敏(1．河北机电职业技术学院，河北邢台054000；2．邢台职业技术学院，河北邢台054000；3．晶牛微晶集团股份有限公司，河北邢台054000)摘要：分形理论是研究非线性问题的重要手段。介绍分形理论的基本概念，对分形特征进行了数学描述，并提出各种分形维数的计算方法和应用范围，

2、论述分形理论在机械设备状态监测、磨损失效分析、断裂和裂纹失效分析、腐蚀失效分析和超声波检测等方面的应用。关键词：分形理论；状态监测；故障诊断；分形维数中图分类号：TH17文献标识码：A文章编号：1001—3881(2011)13—148—3ApplicationofFractalTheoryinStateMonitoringandFailureDiagnoseofMechanicalEquipmentZENGCongmin，ZHANGQingwu，YuChao，WANGWenming，GAOYingmin(1．HebeiInstituteofMechan

3、icalandElectronicTechnology，XingtaiHebei054000，China；2．XingtaiVocationalandTechnicalCollege，XingtaiHebei054000，China；3．JingniuGlassCeramicGroupCo．，Ltd．，XingtaiHebei054000，China)Abstract：Fractaltheoryisanimportantmeansforthestudyofnonlinearproblem．Thebasicconceptandseveralcalculat

4、ingmethodsoffractaldimensionwereintroduced．Theapplicationsoffractaltheoryinequipmentstatemonitoring，wearfailureanalysis，fractureandcrackanalysis，corrosionmechanismanalysisandultrasonictestinganalysiswerereviewed．Keywords：Fraetaltheory；Statemonitoring；Failurediagnose；Fracta1dimens

5、ion机械设备状态监测与故障诊断技术是二十世纪球等规则形状去描述诸如车轮、建筑物等人造物体，七、八十年代得到迅速发展的一项新技术，并形成了因为这些物体本身就是由规则的几何图形生成的。然一门新兴的综合性应用学科。它是指在设备运行中或而，在自然界中，还存在着许多极其复杂的形状，在基本不拆卸的情况下，通过各种手段掌握设备运行如：山、云、闪电、海岸线等。这一类是不连续、不状态，判定产生故障的部位和原因。机械设备零部件光滑的几何形状。的失效形式主要有磨损失效、断裂失效、腐蚀失效以为了描述自然界中大量存在的、过去被人们认为及变形失效，状态监测与故障诊断的方法主要有振

6、动是“不可名状的”或“病态的”几何体，1975年，和噪声监测、油液分析技术、声发射技术以及无损检美国哈佛大学数学系教授BenoitBMandelbrot创造了测技术等。分形这个新术语，粗略地说，分形是对没有特征长在传统的状态监测与故障诊断中，各种各样的信度、但具有一定意义的自相似图形和结构的总称‘。号分析技术已经得到了广泛的应用，但随着机械设备分形理论经过几十年的发展，已经成为一门重要的新复杂程度日益提高，导致其信号形态的复杂性和多元学科，被广泛应用于物理学、化学、计算机图形学、化而呈现非平稳特性，有时甚至会出现混沌状态，用材料学等自然科学和社会科学研究

7、中，成为当今国际传统的方法和理论去刻画这种复杂性越来越具有局限上许多学科的前沿研究学科之一。性，分形理论作为非线性科学中的一门新理论，为此分形具有两个重要特性：自相似性和标度不变类信号的分析提供了新方法。性。自相似性是指某种结构或过程的特征从不同的空1分形理论间尺度或时间尺度来看都是相似的，或者某系统或结1．1分形的基本理论构的局域性质或局域结构与整体类似。所谓的标度不在经典的欧几里德几何中，可以用直线、圆锥、变性，是指在分形上任选一局部区域，对其进行放收稿日期：2010—05—04作者简介：曾聪敏(1957一)，女，本科，副教授，研究方向为机械设计与制

8、造。电话：0319—2273100，E—mailyaozepei@163．cor