单目CCD离面位移测量

以针孔成像原理为基础,利用结构表面的离面位移与所成图像中散斑颗粒的应变的线性对应关系,通过计算散斑应变场的方法来计算结构表面的离面位移场,对其理论进行数字模拟分析.数字模拟结果表明,该方法可进行离面位移场测量,测量精度高,与理论相符.还用该方法进行了离面位移试验,试验结果及分析表明,噪音对该方法的影响很小,离面位移测量精度为毫米,可应用于土木工程结构试验中.     

数字图像相关中的裂纹变形测量方法

为了解决传统数字图像相关法(DIC)对变形较大的裂纹边缘测量时出现的裂纹底色导致匹配相关性差、测量精度低的问题,提出一种引入高斯加权系数的裂纹边缘变形测量方法。该方法首先根据灰度梯度平方和比较算法自动调节匹配子区的高斯中心点位置;然后,通过恒定位移填充模拟试验确定高斯加权系数中高斯标准差的适用范围;最后,对传统DIC的相关系数进行高斯加权,得到新的相关系数。将所提方法与传统DIC方法和种子点方法分别应用于数字散斑模拟图像的刚体平移试验和Q235试件单向拉伸试验,测量开裂过程中图像的位移,结果表明:传统DIC测量方法不能得到完整的裂缝边缘区域的位移场,而所提方法能够准确测量出完整的裂缝区域的位移变化;传统DIC方法的测量精度仅为0.05像素,而所提方法的测量精度可达到0.01像素;所提方法在高斯标准差为1～6.5像素范围内具有最佳的匹配精度。     

测量线性工作台滚转角误差的多探头法

针对线性工作台运动过程中的滚转角误差,提出一种多探头测量方法．与传统的用2个位移传感器和1个具有高平面度的感应物测量滚转角误差的方法相比,所提出的方法利用4个位移传感器,无需高平面度的感应物,更容易实现测量．分析了各项几何误差对传感器读数的影响,利用顺序两点法采集传感器信号．根据传感器融合技术,得到滚转角误差的差分表达式;对测量系统进行了灵敏度和仿真分析．仿真和实验结果表明了该测量方法的可行性．     

数字图像相关位移场测量的误差补偿

数字图像相关方法中，位移场测量的误差大小与算法的迭代次数通常成反比，要获得较低的误差，必须增加迭代次数，从而增加了计算量；而非迭代的方法误差相对较大。为解决这一问题，提出了一种基于BP神经网络的误差补偿方法。选择基于非迭代光流法的位移场测量方法为算法模型，详细分析了该算法本身存在的截断误差，以模拟散斑图的位移测量值及其误差为数据集，用训练好的神经网络误差预测模型对测量结果进行补偿。实验验证结果表明，补偿后的位移测量误差相较原来总体下降了50%左右，测量误差的统计分布也显著下降。     

基于智能手机和数字图像相关的模型实验变形场测量标点法

为提高模型实验位移测量精度和效率,通过智能手机作为图像采集工具,结合数字图像相关技术获取不同载荷状态下附着于被测体表面标点的位移。基于标点法的基本原理引入刚体运动补偿法进行误差校正以提高测量精度,同时通过实验验证了标点法的可靠性。将标点法应用于相似材料模型实验变形场量测中,在模型表面设置自行研制的数字图像相关技术(digital image correlation, DIC)和全站仪两用标点,利用标点法获取岩层位移,并使用全站仪和百分表同步量测,验证其有效性。结果表明:通过刚体运动补偿法进行误差校正,标点法具有与商业测试系统相当的精度;标点法所测得岩层变化均与实际情况一致,该方法测量结果与百分表的测量结果最大相对偏差为6.1%,与全站仪最大相对偏差为5.7%,满足模型实验测量的精度要求。研究成果为进一步研究覆岩变形和动态沉陷规律提供了新的监测手段。     

均布电势作用下横观各向同性功能梯度压电圆板的三维解析解

提出用直接位移法研究了横观各向同性功能梯度压电圆板在表面受均匀电势作用下的响应．由平衡方程和圆板上下表面的边界条件导出位移函数所满足的微分方程组及其边界条件．求解微分方程组给出位移函数的显示表达式,其中所含的4个积分常数可利用圆板周边边界条件确定,从而得到自由和简支功能梯度圆板受均布电势作用下的三维压电弹性力学解析解,并可退化得到均匀圆板的压电弹性力学解．如果能量正定条件和一定的可积条件得到满足,则圆板的弹性系数,压电系数和介电系数可随厚度方向的坐标作任意变化．最后给出了算例以说明材料的非均匀性对圆板弹性场和电场的影响．     

框架结构二阶位移效应数值解

通过静力凝聚法，得到框架结构的弹性平移刚度矩阵和水平运动平衡方程，并用Gramer法则确定结构各层抗推刚度。在此基础上，根据转角位移方程、叠加原理和迭代方法计算二阶位移，分析了P－Δ效应使结构层转角变化对层间位移的影响。该解法计算结果逼近精确解，误差为0．5％左右，适用性好、计算量小和容易实现。     

线分布激励下功能梯度材料矩形板声辐射研究

根据Rayleigh公式,建立了预测功能梯度矩形板在无限障板中的声辐射模型并进行了理论研究.求解时,根据功能梯度复合材料矩形板的基本动力方程,首先利用模态叠加法求出线分布激励载荷作用下功能梯度板横向振动位移,然后对振动位移进行傅里叶变换,根据Rayleigh公式求解,最终得到远场声压近似解析解.通过数值仿真计算了不同阻尼、板厚、板宽和梯度指数下功能梯度板的辐射声压.对近场声辐射亦进行了数值积分分析.     

基于分层线性离散模型的FGM板断裂力学分析

为对功能梯度材料(FGM)板进行断裂力学分析,提出了施加温度场建立FGM板分层线性离散模型的方法.采用该方法、梯度有限元法和常规有限元法对FGM板的应力场和位移场进行对比分析,结果表明该方法简便可行.在所提方法的基础上,采用扩展有限元法求解含裂纹FGM板的位移场,再利用位移外推法计算裂纹尖端的应力强度因子,通过上述方法对不同材料梯度参数、裂纹尺寸、裂纹倾斜角的FGM板裂纹尖端应力强度因子进行数值模拟.计算结果表明,合理地选择FGM板的梯度参数并控制裂纹尺寸能有效降低裂纹尖端应力强度因子.所提出的方法可推广应用于材料梯度分布为任意连续变化的FGM板断裂力学分析.     

三维云纹干涉法在PMMA材料特性分析中的应用

对云纹干涉法的原理、方法及实验系统进行了简要介绍,并利用三维云纹干涉仪实时测量了有机玻璃(PMMA)在三点弯曲时的三维位移场。对变形三维云纹图进行了分析,得出了三维应变分布图。     

预制RPC柱降低大跨PC刚构桥跨中长期下挠分析

为解决大跨PC刚构桥跨中长期过度下挠的问题,提出了在刚构桥负弯矩区箱梁底板、跨中顶板加入预制RPC(活性粉末混凝土)柱形成局部RPC-NC(普通混凝土)复合截面的方法.对RPC-NC复合截面柱进行有限元分析,探讨了RPC对减小复合截面柱收缩徐变效应的作用以及RPC与NC间应力重分布规律,同时分析了剪力键受力性能.提出预制RPC柱应用于实桥的设计方案,并通过有限元对比分析加入预制RPC柱对全桥应力、跨中下挠等的影响.结果表明,加入预制RPC柱能明显降低负弯矩区结构转角和RPC附近NC的压应力,使结构成桥后的跨中长期下挠减小53.9%.     

Nonlinear dynamic buckling of stiffened plates under in-plane impact load

This paper presents a simple solution of the dynamic buckling of stiffened plates under in-plane impact loading. Based on large deflection theory, a discretely stiffened plate model has been used. The tangential stresses of stiffeners and in-plane displacement are neglected. Appling the Hamilton‘s principle, the motion equations of stiffened plates are obtained. The deflection of the plate is taken as Fourier series, and using Galerkin method the discrete equations can be deduced, which can be solved easily by Runge-Kutta method. The dynamic buckling loads of the stiffened plates are obtained form Budiansky-Roth criterion.     

自平衡控制系统稳定性分析与验证

针对目前自平衡系统稳定性控制方法的复杂性,对控制器运算速度要求高的问题,提出一种依据自平衡系统重心运动方程来分析系统的稳定性以及维持系统稳定的控制方法?该方法通过刚体动力学推导系统重心运动方程,应用控制理论分析系统的稳定性?在失稳的情况下,采用卡尔曼滤波与误差比较的方法消除陀螺仪的积分误差并获取精确的倾角数据,运用角度?角速度及对应的参数构成的合成加速度组成反馈支路配置系统极点,将当前倾角和角速度配以适当的参数组成比例微分(proportion differential,PD)控制器,完成对系统稳定性的控制?测试表明,该方法能降低系统运算的复杂度,维持系统的稳定?     

Chaotic Motion of Corrugated Circular Plates

Large deflection theory of thin anisotropic circular plates was used to analyze the bifurcation behavior and chaotic phenomena of a corrugated thin circular plate with combined transverse periodic excitation and an in-plane static boundary load. The nonlinear dynamic equation for the corrugated plate was derived by employing Galerkin's technique. The critical conditions for occurrence of the homoclinic and subharmonic bifurcations as well as chaos were studied theoretically using the Melnikov function method. The chaotic motion was also simulated numerically using Maple, with the Poincaré map and phase curve used to evaluate when chaotic motion appears. The results indicate some chaotic motion in the corrugated plate. The method is directly applicable to chaotic analysis of an isotropic circular plate.     

机械臂刚体运动防冲突角度最优输出方法

机械臂刚体运动防冲突角度输出方法存在防冲突角度控制精度低、易出现碰撞的弊端;因此,提出一种机械臂刚体运动防冲突角度最优输出方法。利用拉格朗日法获取机械臂被动关节动力学方程式,通过振幅控制方法控制机械臂被动关节位置,实现对机械臂刚体运动防冲突角度的最优输出。实验结果表明,相对于传统方法,控制下的机械臂刚体运动防冲突角度输出值较优,控制过程中位置误差与稳态误差较小,有效实现了机械臂运动的防碰控制。     

复合材料球形阵列结构压入力学模型及弯曲变形协调机制

为了从结构力学角度揭示集中载荷作用下复合材料球形阵列结构的弯曲变形协调机制,建立了该结构典型局部板格的压入力学模型,采用载荷叠加法将集中载荷作用下四角点弹性支承且四边受等弯矩正交各向异性矩形板线性弯曲的中心点挠度分为2个部分:集中载荷作用下四角点弹性支承且四边自由的板的挠度,以及四边受等弯矩的板的挠度.前者可进一步分解为集中载荷作用下四角点弹性支承刚性板的挠度和集中载荷作用下四角点刚性支承线弹性板的挠度,后者可进一步分解为左右边简支上下边受相同弯矩的板的挠度以及上下边简支左右边受相同弯矩的板的挠度.将相同厚度的板在不同载荷情况下的挠度计算结果与有限元分析结果进行比较,进一步开展了试验验证,验证了解析解的正确性.      

带刚性臂的空间绳系机构偏置控制

通过系绳与机构间串联的可控刚性臂作为偏置控制器,对由轨道偏心率弓』起的系统面内运动发散动力学问题进行分析,研究了空间绳系机构系统的位置-9姿态最优控制问题．利用Gauss伪谱法,将绳系机构位置与姿态最优控制离散为大规模动态规划问题,借助非线性规划方法求解,并引入状态反馈补偿来抑制系统的初始扰动．数值结果表明,偏置机构的引入提高了系统面内运动发散的轨道偏心率,机构的位置与姿态控制可相互解耦,以系绳张力、刚性臂转动加速度和绳系机构上的动量轮作为控制输入,降低了动量轮的控制力矩,状态反馈跟踪补偿控制器有效消除了系统的扰动影响．     

转速的图像测量方法

将数字图像处理技术用于转速的测量,提出了数字图像时间平均相关方法,将该方法与时间平成像结合,只需获得取被测物体在转动态下的一幅图像及其在静止状态下的一幅参考图像即可确定该物体的转速。     

射击角对步枪弹侵彻玻璃靶后运动的影响规律

为研究射击角对步枪弹侵彻玻璃靶板影响的规律，对步枪弹侵彻玻璃靶板进行数值模拟，并通过与试验结果对比，数值方法可真实再现弹头在侵彻玻璃过程中的运动行为.结果表明，弹头速度总体变化趋势是逐渐减小，对符合实际使用情况下的速度变化可按射击角分为（0°，5°，10°）（15°，20°）（25°，30°）3个速度梯度，每个梯度内的速度变化基本一致，加速度变化阶段分为4个阶段，呈现双峰现象，对不同射击角下的靶后攻角和速度矢量偏角分析发现，弹头稳定性可按射击角分为（0°，20°）（25°，50°）（55°，80°）3个区间，分别对应稳定飞行、一定扰动飞行、失稳3个状态，而且剩余动能与初始动能比值基本是随着射击角增大线性减小，总体是呈负相关减小趋势.      

基于不同梯度模式压电功能梯度板的挠度与应力场分析

用解析方法模拟压电功能梯度材料物性参数沿空间分布的非线性特性.基于物性参数沿空间为多项式函数、非整数幂函数及e指数函数分布3种不同梯度模型,采用修正的层合板理论,对压电功能梯度材料平板的挠度及应力场进行了分析,并对数值结果进行对比研究.