空间多闭环机构自由度计算的新概念和新理论

2005年法国学者Gogu分析了现有的35种不同形式的自由度公式,指出其中的快速计算的公式有一定的局限性、不通用.因此,寻找更通用、更简单快捷的自由度公式,仍是国际上机构学的热点,也是完善机构学结构理论的一个重要课题.Gogu在2008年提出了一种可以避开虚约束的新的算法,但其通用性仍依然有限.为了解决这一问题,本文提出杆组自身的阶、广义运动副的阶、虚拟运动副、虚拟环路和虚拟环路阶的新概念,给出了一种新的结构简单的通用公式.这种方法是把多环路的自由度计算转换成若干个独立的虚拟环路单独计算,使问题得到了简化,避免了计算虚约束,大大的降低了计算的难度.通过多种不同类型机构的计算分析,证明了新公式的简单性、通用性、有效性和实用性.它的应用,将为广大的工程技术人员掌握空间机构自由度的计算方法,提供极大的方便.     

基于约束螺旋理论的机构自由度分析的普遍方法

系统总结和陈述了基于约束螺旋理论的机构自由度分析的原理和方法，并进一步用典型的6个疑难机构的自由度为例介绍这一方法的应用．从这些例子可以看出，这个方法简单有效，相对别的方法更具有一般性．此外，这个方法对自由度瞬时性和连续性的判定也非常方便．相对而言，它成为当今有效分析自由度的一般方法，具有重要的科学价值和实用意义．     

机构自由度、原动件和执行构件关系的一般问题研究

在工程实践和理论研究中经常会遇到机构自由度与原动件数目不相等的情况,这是经典机构自由度理论所无法解释的.针对这一问题,从对偶或二元性概念出发,提出了机构运行规律的对偶描述.以键合图理论为工具,建立了一般理想机构端口描述的结型结构方程,给出了机构自由度的功能描述.在能量传递分析和信号因果分析的基础上,提出并定义了“运动传递自由度”的对偶概念“力传递自由度”.利用自由度公式的结构描述、功能描述和对偶描述,进一步论述和分析了运动传递自由度与力传递自由度两者之间的关系,从而给出了机构自由度与原动件、执行构件关系更一般的描述.最后分析了几个典型理想机构的自由度、原动件和执行构件之间的关系.     

二维垂向射流沙质河床冲刷的数值模拟

基于紊流理论和射流冲刷机理，本文提出了二维垂向射流冲刷的数学模型．以拖曳力为主要参变数，导出了基于希尔兹数的推移质泥沙输运模型，将临界希尔兹数作为泥沙颗粒起动的判别标准，模型中没有考虑悬移质的运动，推移质运动所引起的河床形态变化用动网格技术来描述，从而形成了基于动边界的二维射流冲刷数学模型．针对二维垂向射流清水冲刷进行了试验研究，得出了射流流态及冲刷坑的几何特征等资料．选用实验室物理模型参数对二维射流冲刷进行了数值计算，试验和数值模拟均展现了射流冲刷摆动的发展过程，两者给出的射流摆动现象的良好吻合验证了模型和算法的有效性，进而在计算和试验研究基础上给出了射流冲刷平衡时冲刷坑特征长度的半经验公式．     

基于虚拟样机技术的铝电解多功能大车运行水平侧向力研究分析

在虚拟样机技术的基础上，分析了电解铝多功能大车运行时的水平侧向力的问题。电解铝多功能由于其本身重量较大，在运行工程中会产生极大的水平惯性力，本文运用虚拟样机技术，分析研究了电解铝多功能大车运行的各工况的水平偏载荷，并和设计计算相结合进行相互验证，得出分析是真实可行的。     

关于二维图像Euler数新公式的证明

Euler数是拓扑学的重要特征参数，在二维数字图像中，由局部性质计算图像Euler数的公式，对于4-连通和8-连通是不同的．在定义图段和相邻数概念的基础上，提出了由局部性质计算二值图像Euler数的一种新公式，并证明了该公式在4-连通和8-连通情况下都能成立．为局部计算二维图像的Euler数提供了新的思路．     

虚拟计算环境iVCE:概念与体系结构

互联网资源的“成长性”、“自治性”和“多样性”等自然特性给资源的有效共享和综合利用带来了巨大的挑战．提出以网络资源的按需聚合和自主协同为核心，建立虚拟计算环境（iVCE）的思路．iVCE将建立在开放的网络基础设施之上，为终端用户或应用系统提供和谐、可信、透明的一体化服务．提出了iVCE的基本概念，通过引入自主元素、虚拟共同体和虚拟执行体三个核心概念，构建iVCE的体系结构．结合iVCEforMemory案例对iVCE体系结构各组成部分的内涵、功能和相关支撑技术进行深入分析．     

一种2自由度球面并联机构动力学建模与伺服电机参数预估

TriVariant-B是一种新型5自由度混联机械手，由一个2自由度球面并联机构和1条与之串接的两转动一移动串联运动链组成，具有工作空间／支链行程比大及可重构性强等优点．在建立其2自由度球面并联机构逆动力学模型的基础上，提出一种可根据对末端执行器速度及加速度要求，预估机构中伺服电机转子惯量、额定转速及峰值转矩的方法，并结合样机开发验证了该方法的有效性．     

一种新型全姿态飞行仿真转台的运动学分析

针对三轴转台无法避免运动学奇异的缺陷,提出了一种四轴型全姿态飞行仿真转台,利用冗余自由度机构的特点,使机构始终保持提供三个自由度的运动.针对所提出的四轴转台的运动学正解问题,采用双欧拉法计算负载的姿态角,解决了全姿态欧拉角计算的奇异问题.针对四轴转台的运动学反解问题,采用基于伪逆的梯度投影法给出了带有性能指标优化的转轴角速度的最优解,然后用基于动态控制的方法获得转轴的角位置.提出的运动学反解算法能保证在获得期望姿态的同时,避免接近奇异位置和各轴的极限角位置.仿真结果表明,四轴型全姿态飞行仿真转台运动学性能明显优于三轴转台.     

互联网软件的可信机理

通过分析互联网软件的可信内涵及互联网应用的基本特征，指出：一方面，在开放、动态的互联网环境下，软件的身份可信、能力可信都面临新的问题和挑战；另一方面，基于自主协同运行模式的新型网络应用需要对软件群体行为进行有效约束，以保障其行为可信．在此基础上，给出了一种面向互联网虚拟计算环境（iVCE）的互联网软件可信概念模型，并提出集身份可信、能力可信和行为可信为一体的网络软件可信保证体系，并以跨域的授权管理机制、高可用的服务保证机制和面向自主协同的行为激励机制为突破口，研究和探索互联网软件可信问题的技术途径．     

一种以特征线为中心的曲面特征表示方法

由于自由曲面特征形状复杂多样，难以有效地进行参数化表示．本文提出了一种以特征线为中心的曲面特征层次参数化的表示方法．该方法将特征线作为曲面构建的基本单元，将特征线划分为几何层、约束层、语法层和语义层，利用特征线信息对曲面特征进行参数分层，实现曲面特征的整体形状和局部形状的层次控制；在参数化表示上，按不同自由度分为半自由和完全自由曲面特征，并对曲面特征进行了统一的定义表示．实验结果表明，本文方法能够表达多种形状的自由曲面，在高层语义参数层面上方便地编辑曲面特征，是一种有效的曲面特征表示方法．     

角模块序列布图表示及基于角模块序列表示的边界约束布图规划算法

布图规划是VLSI布图设计中的关键环节, 通常采用随机优化算法, 而布图结构的编码表示(或称布图表示)是基于随机优化方法的布局算法的关键. 提出一种新的布图表示-角模块序列(CBL), 并从理论上证明它具有O(n)的布局评估算法计算复杂性和较小的解空间. 在布图设计中, 部分模块的位置需要满足一定的约束条件, 边界约束就是其中常见的一种. 通过边界约束可以将特定模块的位置限制在指定的边界上, 从而有利于模块与I/O端口的互连. 基于角模块表示, 推导出满足边界约束布局的充分必要条件, 并结合模拟退火过程, 通过修正中间解使受约束模块满足约束条件, 从而实现了基于CBL模型的边界约束布图规划算法. 将代价函数惩罚方法和启发式方法相结合, 设计了边界约束的惩罚项, 能够合理准确地衡量约束满足的情况, 从而有效地控制模拟退火的进度, 以保证最终布局满足所有约束. 对MCNC的标准例子的测试结果表明算法是十分有效的.     

老山奥运自行车馆多点激励反应测试与分析

为了验证多点激励时程分析法的正确性，对老山奥运自行车馆进行了多点激励动力响应测试。以对网壳环梁上的节点施加冲击力做为激振源，以各激励点的运动记录做为地震动输入，建立相应的理论计算模型，进行了多点激励时程分析计算。计算结果与实测结果在时域上比较接近，在频域上更为接近，说明多点激励时程分析方法是正确的。本测试对今后其他结构的多点激励动力测试也具有借鉴价值。     

基于时空光滑约束的总变分最小化视频去隔行算法

从隔行视频序列获得高质量图像需要进行去隔行处理．文中针对这一问题提出了一种基于时空光滑约束的总变分最小化视频去隔行算法．它首先应用Bayes公式将去隔行问题转化为一类最优化问题，然后应用图像随机场模型结合时空光滑约束导出优化问题的代价函数，通过变分法得到Euler-Lagrange方程，最后应用凸半二次规整化方法求得最优解．实验结果表明，文中的方法优于一般的去隔行算法．同时提出了两个去隔行方法的评价标准，它们可以定量检验去隔行方法的效果．     

基于表面间距离度量的多视点距离图像的对准算法

现有的距离图像对准算法，一般是采用最近点之间的距离和作为评价函数来估计运动参数．这种基于点对间距离的评价函数的缺点是，不同距离图像之间的最近点不一定是物体表面同一点的采样，而且不同采样点所代表的物体表面面积也不同．这些问题使得基于点对间距离度量的对准算法存在不精确对应的问题，因而对准精度不高，对初始运动参数敏感．提出一种基于表面间距离度量的对准算法．通过构造三角网格来近似表示物体的表面，采用三角网格间最近距离的均值作为评价函数来估计运动参数．推导并简化了表面间距离计算的积分公式．实验结果表明，该算法有较高的对准精度，而且收敛速度较快，抗噪声能力较强．     

瓷器热释光测定年代中古剂量的正确估算

为了正确的估算瓷器热释光测定年代中的古剂量，对瓷器古剂量的来源、组成和标定进行了分析．在使用前剂量技术的热释光测定年代中，瓷器古剂量的主要成分是来自瓷器内部自然辐照的β剂量，其次是环境剂量，α剂量可以忽略．测量古剂量的样品厚度在0．2～0．5mm之间．当实验室β源辐照这样厚度的样品时，β剂量在样品中的分布是非线性的，所以β剂量只能用平均值来计算．根据β剂量在样品中的积累和衰减效应，得到了β剂量在样品中的分布曲线和平均剂量的计算方法．各种厚度样品的β平均剂量可以用文中公式进行计算．     

一种刚柔统一的并联机构构型综合方法

刚、柔两类机构的构型综合问题一直是机构学领域的研究热点，但统一构型综合的问题尚未提及及讨论．基于对当前刚柔两类机构构型综合方法研究的现状分析，指出了可统一实现刚柔机构构型综合的可行性，并提出了一种以旋量系理论为理论框架，基于数学、物理与机械模块分层映射的机构构型综合思想．该方法的核心在于建立几何模块、运动（约束）模块与机械模块三者之间的映射关系，优点在于简单、可视化．基于所提出的模块分层映射方法，通过实例初步验证了该方法对刚、柔两类机构构型综合的有效性，为系统构筑可视化的刚柔机构统一构型综合（或概念设计）的算法及软件提供了理论支撑．     

炭／炭复合材料微观孔隙结构演化的分形特征

提出了一种用分形理论研究炭／炭（C／C）复合材料制备过程中孔隙演化特征的新方法．基于压汞测试数据，根据海绵分形模型及热力学关系模型导出的多孔介质分形维数计算公式，计算了致密化各阶段C／C复合材料孔隙的分形维数，并研究了分形维数随孔隙演化过程的变化规律．结果表明C／C复合材料属于多孔分形介质，孔隙分形维数随孔隙率的减小而增大，但同时受到热解炭织构形态的影响，从各向同性到高织构热解炭，分形维数减小．分形维数综合反映了C／C复合材料内部孔隙的复杂程度和热解炭的形貌特征，是监控C／C复合材料致密化过程中孔隙演化的一个有效参数．     

换热器设计中的炽耗散均匀性原则

本文建立了烘耗散均匀分布原则（EoED）：在给定热负荷和换热面积条件下，当局部煅耗散率在换热器中均匀分布时，总的煳耗散率取得最小值．并且证明了当传热系数不固定时，煅耗散均匀分布所得出的总煳耗散率小于温差均匀分布所得出的总煅耗散率，而有效度大于温差均匀分布的结果．如果假设换热系数固定，则煅耗散均匀分布等价于冷热流体的温差均匀分布．发现用熵产均匀分布原则和愀耗散均匀分布原则对换热器进行优化得出的熵产和煅耗散不相同．本文从理论上分析了熵产最小法与煅耗散最小法的适用范围：前者用于换热器的优化是基于使做功能力损失最小，而后者没有涉及到做功过程．并举例验证了熵产最小法与烛耗散最小法的区别，计算结果表明熵产数不适用于不同换热器间性能的比较，因为它直接依赖于流体的出入口温度；而煅耗散数不直接依赖于流体的出入口温度，因此，更适合作为不同换热器之间性能比较的标准．     

结构随机响应计算的一种数值方法

摘要应用降维数值积分和C型Gram．Charlier级数展开方法，基于有限元理论讨论了随机结构响应概率分布的计算问题．首先依据正交多项式权函数与随机变量概率密度函数的关系，给出了随机响应统计矩计算的降维数值积分公式；进而应用C型Gram—Charlier级数逼近获得了随机响应的概率密度函数；提出了基于有限元方法求取结构随机响应概率分布的计算流程．数值算例中介绍了平面十杆桁架结构最大位移的概率分布、由随机参数表征的某型车架固有频率计算和弯管结构随机VonMises应力分析问题，所得结果同蒙特卡罗数值模拟结果进行了对比验证．结果表明：文中计算流程能够获得较为准确的随机响应概率分布，特别是对概率分布尾部的估计精度达到10^-44-10^-3数量级，为机械结构安全性分析与设计打下基础；同时，算法的计算效率较高，与传统的数值模拟方法相比通常能够节约计算资源消耗两个数量级以上；第三，算法流程实现简单，不需要计算结构响应对基本随机参数的梯度和二阶灵敏度信息，也不需要对结构有限元矩阵的修改，因此可以充分发挥现有成熟有限元程序的优点，在个人计算机上实现工程随机问题的分析与计算．