涂层风沙冲蚀损伤表面分形维数预测模型

作者：郝贠洪; 张飞龙; 宣姣羽; 刘艳晨

来源：表面技术, 2022, 51(04): 127-156.

DOI：10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2022.04.012

• 风沙冲蚀
• 形貌
• 分形维数
• 赫兹接触理论
• 分形分布理论
• 预测模型

目的 建立涂层风沙冲蚀损伤表面分形维数预测模型，重构冲蚀损伤表面形貌，为涂层风沙冲蚀损伤表面形貌研究提供基础。方法 进行了聚氨酯防腐面漆涂层风沙冲蚀损伤试验，建立了多粒径粒子冲击模型，利用赫兹接触理论求解冲击损伤面积及其分布概率，分析表面损伤的演化规律得到损伤面积增长迭代关系式，结合分形分布理论求解损伤表面分形维数，分析不同参数对理论模型的影响。利用理论模型重构损伤表面形貌、预测表面分形维数并与试验结果进行对比分析。结果 冲蚀试验中，随冲蚀时间、角度的增加，随机均匀分布的损伤区域逐渐叠加联通，分形维数也随之增大；表面分形维数存在最大值，斜角度下单粒子冲击损伤区域为彗星形。理论模型中，主导粒子粒径越大，分形维数初期增长速度越慢；冲击损伤面积越大，分形维数初期增长速度越快；损伤尺度系数越大，分形维数最大值越大；冲蚀前损伤面积越大，初始分形维数越大。对比理论模型与试验结果，重构损伤表面形貌损伤演化规律与试验结果相似，表面形貌余弦相似性及分形维数相关性系数均大于0.9。结论 通过分析固体粒子冲蚀现象特点和试验结果，发现风沙冲蚀是非线性的反馈的动力学系统，涂层冲蚀表面形貌具有迭代的损伤演化过程。基于此建立涂层风沙冲蚀损伤表面分形维数预测模型，可利用风沙流参数有效预测不同冲蚀时间下损伤表面分形维数、重构损伤表面形貌。理论模型预测结果与试验结果具有较高的相似性，可以为涂层风沙冲蚀损伤表面形貌研究提供基础。

• 单位
  内蒙古工业大学; 土木工程学院