基于自标定数字图像相关技术的榫卯构件大面积全场变形测量

为了实现榫卯构件大面积全场变形测量,采用散斑自标定方法对三维数字图像相关测量系统进行标定.该方法直接利用被测表面的散斑信息标定得到三维数字图像相关系统中2个相机的相对姿态,无需使用特制的平面标定板.对比测量实验结果表明,普通三维数字图像相关系统与自标定三维数字图像相关系统的面内位移测量相对误差分别为0.2%和0.3%,离面位移测量相对误差分别为0.5%和0.6%,两者精度基本一致.采用散斑自标定方法可使大视场、远距离条件下双目系统标定更加灵活可行.将所提方法应用于木结构榫卯构件的大面积变形测量,可以更加方便可靠地获得构件的变形分布、掌握构件破坏过程中的变形情况.     

采空区埋地管道沉降变形分析

利用弹性力学理论,以埋地管道为研究对象,建立能够反映采空区具有多个差异沉降面的管道力学分析模型和管道变形曲线微分方程,进而导出管道挠度解析表达式。利用该解析表达式对管道变形进行了研究并与测量结果进行了比较,利用本文导出管道变形解析表达式得到的计算结果与测量值的误差非常小。在此基础上,对管道转角和曲率进行了研究,并利用研究结果校核管道当前的安全状态。研究表明:1本文所建立的力学模型和导出的变形解析表达式适用于研究具有多个差异沉降面的管道变形及受力分析。2通过对管道安全状态的评估,判定目前管道仍处于安全范围内。     

基于结合面的机床摄动分析及优化设计

从简单结构的动力学本构出发,采用撮动理论对基于结合面的机床整机动力学特性进行了分析,指出了结合面的参数变化对整体质量、刚度和阻尼矩阵的影响.通过对比摄动前后刚度和阻尼矩阵的变化,阐述了在整体刚度矩阵摄动下机床动态性能的变化规律,并对动梁式龙门机床进行了特征值的灵敏度分析和定量化动态优化设计,指出了4个结合面刚度对机床固有频率的影响程度,获得了将机床第1阶固有频率从29 Hz提高到35 Hz所需的导轨结合面的确定刚度值.有限元仿真结果表明,特征值一阶摄动法的误差在5%以内,从而为机床结合面的定量化设计提供了理论依据.     

基于干涉全息法测量射电望远镜主面重力变形和副面位姿

本文围绕天马65 m (TM65 m)射电望远镜主面重力变形和副面位姿展开实测研究.论文先概述了主面测量的方法,主要讨论了基于微波全息法的测量方法和天线扫描方法,然后论述了采用Very Long Baseline Interferometer (VLBI)测量65 m主面各俯仰角的重力变形,对测量误差进行了评估,进而构建了重力模型,并与仿真结果进行了比较,两者变化趋势一致.同时,推导并仿真了主焦馈源、副面位姿偏移和口径面相位的解析关系,然后基于该解析关系和VLBI测量得到的口径面相位数据,并采用最小二乘法解算得了实际TM65 m副面位姿随俯仰的变化情况,该测量结果在三维方向上与传统基于主动副面的幅度扫描法结果一致性强,该方法为测量副面位姿提供了不同于传统法的可行途径.     

考虑长期腐蚀影响的古建木结构极限寿命预测

针对长期环境腐蚀对古木结构的性能和损伤程度的影响,基于蒙特卡洛方法结合Gerhards/Weibull模型提出了古建筑木结构关键构件的承载力/变形值极限寿命预测方法.首先研究了腐朽、虫蛀等腐蚀环境对构件的截面尺寸和强度的影响,分别在承载能力和正常使用极限状态下建立构件的承载力/变形值的时变模型;其次利用蒙特卡洛方法,考虑构件尺寸、强度、荷载等随机参数对木结构关键构件的影响,给出具有一定可靠度的极限寿命预测方法与置信区间,并对结构做出相应的决策判断.最后以某历史文化民居选取的单榀框架来验证所提方法的有效性.结果表明:在长期腐蚀条件下,构件抗力随时间减小,变形值随时间增大,对两者变化规律进行时变分析是评估的关键;Gerhards和Weibull模型结合蒙特卡洛方法可以较好地对木结构梁、柱关键构件的极限寿命进行预测;综合考虑承载力和变形值能够更真实地反映结构的极限寿命.     

天线近场球面扫描面形测量技术及相关问题研究

本文提出了一种通过扫描天线近场半球表面电场强度来获取天线面形分布的新方法,该方法无需测量相位、扫描面积小、可实现全姿态测量.研究将微分几何理论与几何光学方法相结合,推导出了球面近场幅值分布与表面变形间直接映射关系的解析形式-幅值变形方程,并基于有限差分法和傅里叶变换法对方程进行求解,使用几何光学数值仿真证明了幅值变形方程的准确性和测量方法的有效性.结合本文提出的扫描机构设计从扫描分辨率限制、探头定位误差和测量信噪比等角度分析验证了测量方案的可行性,并重点使用基于物理光学和物理绕射理论的数值仿真模拟了整体测量精度.此外引入奇异值分解去噪方法降低了低信噪比对测量精度的影响.     

Ease-off拓扑修形准双曲面齿轮齿面数控修正

为了改善汽车驱动桥综合传动性能,提出基于ease-off拓扑修形准双曲面齿轮设计与加工方法.预置传动误差及抛物线修形参数设计小轮法向自由ease-off拓扑修形曲面,建立小轮拓扑修形齿面模型,可以准确获得任意自由ease-off修形齿面的解析表达式.结合齿面承载接触分析(loaded tooth contact analysis,LTCA)方法,优化承载传动误差幅值(amplitude of loaded transmission error,ALTE)为最小,确定最优ease-off曲面参数,并推导其相对小轮理论齿面的目标修形量.基于刀具和计算机数控(CNC)机床各运动轴参数误差敏感性的齿面修正模型,分析各参数扰动对齿面误差的影响,进而确定合理的参数边界,以目标修形量误差平方和最小为目标函数,通过最小二乘法确定最优ease-off拓扑修形齿面的加工参数.结果表明:CNC机床各轴主要引起齿厚和对角修正,增加刀刃修正可以实现ease-off拓扑修形齿面的高精度修正,为高性能齿面自由ease-off修形设计与加工提供理论参考.     

复杂变形构件应变的散斑-全息干涉测量法

一个合理的构件,应该是重量轻且经久耐用,这与构件的几何参数与表面形状有关。由此引起的一个重要问题是,必须确定在荷载作用下构件的应力集中区及其应力水平。解决这一问题的方法是多种的,本文采用的方法是,做出若干不同方案的构件模型,综合应用散斑照相法、全息干涉法和电阻应变法测量变形的位移分量。这样做的好处在于能获得应力集中处的有关信息和构件不同部位的变形程度。与传统的试验台试验和复杂构件的数值分析比较,     

基于非参数化与有限元的主轴刀柄结合面非线性参数识别

视主轴-刀柄结合面的双面接触部为一个可以用系统状态变量描述的非线性单元,基于非参数化方法结合有限元分析技术对主轴-刀柄结合面的非线性动态特征参数进行了识别.在HyperMesh中建立主轴-刀柄系统的有限元分析模型,利用Radioss求解器对该模型进行非线性瞬态响应分析,得到结合面处位移、速度、加速度的瞬态响应,再根据牛顿第二运动定律推导得出结合面处非线性接触力的时间历程数据,基于最小二乘法采用切比雪夫多项式对样本数据进行回归分析,得到主轴-刀柄结合面之间非线性接触力的解析表达模型,并验证了该模型的正确性.     

复共轭回转面的理论及其应用

本文是在回转曲面的共轭回转面如何确定的基础上,提出并解决了共轭回转面的再一次共轭的回转面的确定问题。在图解时应用了“旋转换面综合投影变换法”,把直线变换成一条双曲线。这样,对于任意回转面只要能给出它的法线就可以很方便地作出它的复共轭回转面。文中给出了基本几何体(圆柱、圆锥、弧锥)的复共轭回转面的图解表示及其解析公式,并用复共轭回转面的理论对斜轧生产中辊型设计,加工,修磨,以及轧机操作调整后各个几何参数的变化对产品几何形状的影响进行了详细的分析。     

约束结构对单向弯曲柔性关节形变能力的影响

研制了一种新型气动柔性关节,能够实现较大的弯曲变形.该关节属于气动复合弹性体,在弯曲变形时具有非线性、大变形的特点,理论建模难度较大.通过改变约束结构和形状进行驱动变形实验,研究约束结构和形状对关节形变能力的影响.结果表明:在同样厚度约束件下,圆环面约束关节的端面转角大于圆柱面约束关节.圆柱面约束时,关节端面转角随着约束件厚度的增加而减少;圆环面约束时,关节端面转角随着约束件厚度的增加而增大.     

机床导轨结合部变形所产生的加工误差

本文根据结合面的数学模型进行了下列三方面研究:对常用的机床导轨型式推导通用力平衡方程式;建立各种平面移动式导轨结合部变形的数学模型;得出单层和双层平面移动式结合部变形所产生的加工点位置误差的通用计算公式。用计算机模拟实际工况进行计算,以此对各种导轨结合部在相同条件下的加工误差特性进行了分析比较,为机床设计中选择最佳设计方案、预估设计效果和寻求合理设计参数提供了依据.     

考虑临界变形量变化的结合面法向接触刚度计算模型

考虑微凸体接触过程中临界变形量变化,建立结合面法向接触刚度计算模型.采用分形几何表征结合面的形貌特征,由表面形貌测量数据得到分形函数的分形参数D和G.采用弹塑性变形接触理论分析微凸体的接触变形特征,得到微凸体的临界变形量估计模型,其是分形参数和微凸体接触变形量的函数,进而得到考虑临界变形量变化的单个微凸体的接触刚度计算模型.由分形理论得到粗糙表面微凸体分布函数,微凸体分布函数与单个微凸体接触刚度计算模型结合得到结合面的法向接触刚度计算模型.通过对比计算结果与实验数据,验证了所提模型的合理性.     

基于块体理论的围岩稳定性分析及数值模拟研究

岩体的完整性及节理裂隙的发育程度是影响围岩稳定性的主要因素。潜在失稳块体将引起围岩掉块、剥落、滑移甚至坍方等失稳现象。以小三岔口隧道为依托,基于块体理论研究,借助围岩结构分析和数值模拟相结合的方法,从岩体结构特征入手,定位隧道开挖潜在失稳区域,寻找可动块体,确定关键块体,深入分析围岩失稳变形模式,揭示无支护条件下围岩的变形、受力特征并提出针对性施工建议。研究结果显示:岩体节理裂隙发育、节理面相互切割成不利组合和岩块结构面结合性差是围岩失稳的根本原因;关键块体的运动是造成围岩失稳的直接原因。     

轿车前悬架的有限元分析

为对桑塔纳 2 0 0 0型轿车前悬架进行静态有限元分析 ,在球铰等相互运动的零件之间添加一层特殊弹性材料 ,利用其弹性变形来模拟有限的相对运动。应用这种方法进行有限元建模 ,可以使前悬架的整体计算应力分布比较符合实际情况。计算了在一些典型工况下的应力分布 ,并就结构关键点 (高应力点 )的应力对各方向载荷的敏感性进行了分析。试验结果表明 ,应用该有限元模型得到的计算应力与试验结果吻合较好     

H型钢梁Z形焊接对接节点承载性能

在两根H型钢梁的对接拼接连接时,使用螺栓连接容易安装不到位,达不到强度要求,在现场施工过程中,焊接连接比螺栓连接更方便施工,但焊接连接会导致残余应力和残余变形,为了维护钢构件的牢靠度和安全度,本文提出一种Z型对接焊接节点形式,与规范里的焊接H型钢梁对接节点比较,为考察该节点的受力性能,进一步探究究节点区域的刚度变化和应力分布情况,利用ABAQUS软件对该Z型节点以及标准节点进行有限元分析,发现此Z型节点承载性能比标准节点承载性能有所提升,同时方便施工现场节点快速拼接。     

硫酸盐侵蚀后地铁盾构隧道纵缝接头抗弯力学模型

基于地铁盾构隧道混凝土被硫酸盐侵蚀实际工况,建立了能够考虑接缝细部构造、表面混凝土及螺栓等且接缝截面可离散为不同类型受压区的纵缝接头正弯矩力学模型。采用全积分形式进行混凝土本构关系运算,适用分析混凝土被硫酸盐侵蚀后接缝面混凝土压碎、螺栓屈服以及接头极限状态。结合数值计算进行对比分析,两者结果基本一致,验证了力学模型合理性。研究结果表明:正弯矩作用下,混凝土被硫酸盐侵蚀对纵缝接头力学性能的影响主要表现在外表面边缘混凝土接触之后。随着硫酸盐侵蚀时间的增长,纵缝接头极限弯矩不断减少,但减幅较为平均。同时,各变形量最大值也随着侵蚀时间的增长而减小,但减幅各自不同。随着硫酸盐侵蚀厚度的增大,纵缝接头极限弯矩及各变形量最大值均不断减少,且减幅不断增大。     

考虑弹塑性变形机制的结合面静摩擦因数模型

在三维接触分形理论的基础上,从理论上建立了一种考虑微凸体的完全弹性、弹-塑性和完全塑性三种变形机制的结合面静摩擦因数三维分形模型。该模型反映了结合面法向载荷、分形维数以及分形特征尺度参数对结合面静摩擦因数的影响。仿真结果表明,静摩擦因数f随着无量纲法向接触总载荷P*的增大而增大;分形维数D的增大,先增大后减小;无量纲分形特征尺度参数G*的增大而减小;考虑弹-塑性变形机制的结合面静摩擦因数小于不考虑弹-塑性变形机制的结合面静摩擦因数。     

Mechanism of surface texture evolution in pure copper strips subjected to double rolling

Developing ultra-thin copper foils with different surface roughness and microstructure has important significance for improving the service performance and reducing the production cost of high-end circuit boards. In this paper,pure copper strips with initial cube texture were subjected to a double rolling process(deformation amount ranges from 50% to 95%),and the surface textures evolution law and mechanism of doublerolled strips were studied by an X-ray diffraction technique. The results show that when a deformation amount increased from 50% to 70%,the grains of two surfaces rotate away from the cube orientation,and the formed textures of two surfaces mainly consisted of C,S and B orientation components. The orientation density values for these three components on bright surface only had slight difference; the orientation density values for C and S components were much larger than that for B components on a matt surface. When the deformation amount increased to 90%,the increase extents of orientation density values for C and S components were obviously larger than that for B components on a bright surface; the increase extents of orientation density values for these three components were almost the same on the matt surface. It has been found that when deformation amount reaches 95%,the grains orientation of bright surface were relatively concentrated,and the orientation density value for C texture obviously increased to 11.68 and that for B texture was only 3.15; the grains orientation of matt surface were relatively dispersed,and the orientation density value for C texture increased to 9.26 and that for B texture obviously increased to 6.35,and the density values of these two textures had less difference. For the condition of strong compressive and shear stress on the bright surface,grains were mainly rotating to C texture orientation; compared with the bright surface,"semi-free" deformation condition on the matt surface is beneficial to promote much more grains to rotate to the B texture orientation.     

基于样条曲线驱动的自由变形方法

近年来为了克服直接操作自由曲面的困难,提出了几种自由变形方法.尽管这些方法改善了设计的流程,但是这些方法均缺乏交互性.本文结合简单的三维绘制技术和外力约束方法提出了一种基于样条曲线驱动的自由变形方法.用户可以通过设置边界曲线控制变形的范围,通过设置目标样条曲线来设置变形的形状.最后,用实验原型系统实现了本算法.