带角点插值条件的张量积Bezier曲面降多阶

研究了CAD／CAM系统中急需解决的带角点插值条件的张量积Bezier曲面降多阶逼近问题，导出一种简单直观的降阶算法。应用曲面转换方法和Chebyshev多项式逼近理论，给出了参数曲面一次降多阶的另一种逼近算法，新旧曲面在相应角点可保持给定的连续阶，且逼近误差比前一算法还要小得多。     

带角点插值条件的张量积Bézier曲面降多阶

研究了CAD/CAM系统中急需解决的带角点插值条件的张量积Bézier曲面降多阶逼近问题, 导出一种简单直观的降阶算法. 应用曲面转换方法和Chebyshev多项式逼近理论, 给出了参数曲面一次降多阶的另一种逼近算法, 新旧曲面在相应角点可保持给定的连续阶, 且逼近误差比前一算法还要小得多.     

C2连续的四次样条曲面插值

讨论了构造C²连续的四次样条插值曲面问题. 把四次样条函数降为C²连续可提供额外的自由度, 用于提高曲面的插值精度和控制曲面的形状. 给出了一个确定自由度的方法和C²连续的四次样条曲线需满足的连续性方程, 提出了构造C²连续的四次样条插值曲面的新方法. 新方法的特点是曲面需满足的连续性方程是三对角占优势的, 曲面的不连续点在给定的数据点处. 所构造的曲面具有四次多项式插值精度. 最后以实例对新方法和现有三、四次样条函数方法的插值精度做了比较.     

用基本逼近算子加附加插值算子构造三角曲面片

提出了构造三角曲面片的一个新方法. 新方法通过基本逼近算子加上附加插值算子构造满足给定边界曲线和跨界切矢的三角曲面片. 基本逼近算子由逼近插值条件的5次多项式构成, 附加插值算子用边点法产生. 基本逼近算子和附加插值算子在构成三角曲面片中具有不同的作用, 前者使三角曲面片以五次多项式精度逼近插值条件, 而后者则使三角曲面片满足给定的插值条件. 所构造的三角曲面片可以重构五次多项式曲面. 给出了新方法和其他两种方法进行比较的结果.     

用迭代非均匀B-spline曲线(曲面)拟合给定点集

基于盈亏修正的思想, 提出迭代非均匀B-spline曲线曲面的算法, 来解决目前计算机辅助设计和逆向工程中急需解决的一个关键问题: 无需求解方程组得到拟合(插值)给定点集的曲线曲面. 其基本思想是首先按给定的拟合点集作一条(张)初始的非均匀B-spline曲线(曲面), 然后用迭代公式逐次调整其控制顶点, 得到一族拟合精度不断改善的非均匀B-spline曲线(曲面). 用现代矩阵理论严格证明了迭代的极限曲线曲面插值于给定点集. 这种用迭代法产生的非均匀B-spline曲线曲面具有符合NURBS标准、显式表达、局部性和保凸等优点.     

基于三次B样条逆向细分的自由曲线的多分辨率表示

目前国内外关于逆向细分的研究主要集中于曲面逆向细分,对大量的特定曲线细分法的逆向细分算法研究较少,对于基于逆向细分的曲线的多分辨率构造及简化也鲜有研究.针对三次B样条细分法具有几何意义明显、规则简单等特征.本文从几何角度出发,推导并给出了基于三次B样条细分的逆向细分规则,在此基础上提出了自由曲线的一种新的多分辨率表示方法,通过在对自由曲线进行逆向细分时保留细节信息,最终可以实现自由曲线的多分辨率表示,并可应用于自由曲线的简化与精确重构中.文中给出了曲线的多分辨率表示、简化和重构的例子.该方法几何意义明显,易于编程实现.实验表明应用该逆向细分法得到的简化曲线能够更明显地反映原曲线的变化趋势.本文方法在构造分解矩阵和重构矩阵方面较以往的某些方法简单,并且在分解和重构曲线时的计算量相较于以往的方法较少.     

快速Hermite径向基函数曲面重构

在这篇论文中,我们提出了一个使用局部支撑径向基函数对三维散乱点进行Hermite插值或逼近的快速曲面重构方法.通过构造给定数据点集的一个层次结构,采用逐层精化的方式实现了全局曲面重构的效果,解决了因使用局部支撑径向基函数导致的问题.另外,设计一个基于逼近误差导向的径向基函数中心点选择策略,减少每层进行插值的数据点,从而使Hermite径向基函数曲面重构方法能处理百万以上规模的点云数据.实验结果显示,我们的方法还适用于极度非均匀分布或带噪声的点云数据的曲面重构.     

三角片逼近其插值参数曲面的紧上界

在计算机辅助几何设计（CAGD）与计算机图形学中，常用细分的三角网格来逼近参数曲面．因此，一个首要的问题是确定逼近的精度．迄今为止已有许多文献对给定的一张V^2。连续的参数曲面片和顶点位于此曲面片上的任意一个三角形，给出了两者最大距离的界，但这些界的估计式或者结果太粗糙，或者表达式复杂，或者证明不严密．这里用一种简捷的新方法获得了曲面片与三角形的最大距离的紧上界，并给出了严格的证明，对CAGD具有重要的价值．     

基于改进型XFEM的裂纹分析并行软件实现

扩展有限元法(XFEM)目前已成为裂纹分析的主流数值方法.然而,在实际应用中该方法一直受到两方面的困扰:总体刚度矩阵高度病态以及动力学计算时额外自由度上的能量无法正确传递.前者导致在以迭代法求解为主的大规模计算中难以收敛,后者导致动力学求解精度低、实施困难.为解决这两大困扰,基于无额外自由度单位分解插值格式,提出改进型扩展有限元法(IXFEM).基于该方法,在高性能数值模拟软件开发框架JAUMIN上开发裂纹分析并行软件—PANDA_Fracture.实际算例表明, PANDA_Fracture软件具有如下特色:1)允许引入高精度裂尖加强,支持裂纹任意长度扩展; 2)同时支持动力学裂纹问题隐式求解与显式求解; 3)支持任意多裂纹问题高效求解; 4)支持上千CPU核高性能可扩展计算.     

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.     

基于模糊神经网络的图像恢复技术

通过分别引入输入与输出空间的合理剖分,定义了一种新的模糊神经网络(FNN), 即选择型FNN, 该系统是一种多层前向网络, 在最大模意义下构成一类函数泛逼近器.基于一组具有实际意义的模糊推理规则, 得出了一个简单实用的推理型FNN. 利用选择型FNN与推理型FNN的有机结合, 得到FNN滤波器, 它不仅结构简单, 易于设计参数学习算法, 而且能同时有效去除图像信号中的脉冲噪声和保持图像结构. 实验结果表明, 与其他滤波器(如:中值滤波, 自适应加权模糊平均(AWFM)滤波等)相比, FNN滤波器在去除各种噪声, 保持图像未污染部分结构等方面性能卓越     

利用有限Fourier系数算法求解光学制造中误差校正输入数据

光学自由曲面是一类极难制造的异形曲面, 采取计算机控制光学表面成型技术制造时, 元件表面材料去除量由单位去除函数与输入参量(驻留时间)之间的卷积分决定. 求解加工驻留时间, 一般利用低通滤波器或迭代的方法借助于反卷积算法, 但是结果中存在的近似解将会影响加工稳定性. 本研究基于有限Fourier系数算法构建输入参量求解模型, 可以有效提高参量求解精度并保证加工过程的连续稳定. 通过对影响计算机控制光学表面成型工艺参数的仿真分析, 对求解模型实施评价, 实验结果验证这一方法可以指导高精度自由曲面光学元件的超精密制造.     

飞轮储能系统机电耦合非线性动力学分析

对永磁悬浮-机械动压轴承混合支承式飞轮储能系统的机电耦合动力学问题进行了研究. 基于机电分析动力学原理, 给出了系统各部件的动能、势能、电机气隙磁场能和系统的耗散函数, 并由广义Lagrange-Maxwell方程建立了系统的机电耦合动力学微分方程组. 推导出了适用二阶多自由度常微分方程组的四阶隐式Runge-Kutta公式, 并运用Gauss-Newton法求解了机电耦合动力学非线性代数方程组. 完成了储能0.3 kW飞轮系统动力学特性分析, 研究结果表明, 上阻尼系数变化对储能飞轮系统的机电耦合共振频率没有明显的影响, 但是使系统的共振峰幅值大幅降低. 随着下阻尼系数增加, 系统的机电耦合共振频率增大, 同时系统共振峰幅值下降. 随着电机转子稀土永磁体剩余磁感应强度增大, 系统的机电耦合共振频率减小, 同时系统共振峰幅值增大.     

论Lorenz混沌系统全局吸引集和正向不变集的新结果及对混沌控制与同步的应用

利用广义Lyapunov函数簇, 给出著名的Lorenz混沌系统全局吸引集和正向不变集估计的新方法和新结果, 较大地简化了俄罗斯学者Leonov所得的两个著名估计式的复杂证明, 且将估计式统一在一个公式之中, 新公式还可以派生出一系列其他的估计式, 然后, 利用集合论中交集的思想从这些估计式簇得出一个简便实用的、改进了的、Leonov公式型的新结果. 直接应用这些方法和结果可以断言全局吸引集之外不存在Lorenz系统的平衡位置、周期解、概周期运动、游荡回复运动和其他混沌吸引集. Lorenz蝴蝶型奇异吸引子只能位于全局吸引集之内. 然后, 再将这些结果运用到混沌控制上, 得到系统所有轨线全局指数跟踪任何一个周期解、镇定任何一个不稳定或仅为局部稳定的平衡位置的反馈控制方案, 给出两个Lorenz混沌系统全局指数同步的新结果. 文中所提出的新方法、新结果有望在保密通信的实际系统中得到应用.     

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．     

使用三层神经元网络的先验信息新学习方法

提出一种使用三层神经元网络的先验信息的新学习方法. 通常, 当神经元网络被用于函数逼近时, 没有考虑权之间的关系而独立地学习, 这样, 学习的结果往往不理想. 其原因是在学习中权是相互影响的. 为了克服这一问题, 首先, 给出了一些有关权的先验信息, 然后基于此提出部分权学习和其余权由精确数学方程计算的新学习方法. 这方法在权的学习中几乎保持精确数学结构. 另外, 使用不等式先验信息的学习方法也被提出了. 无论使用不等式还是等式先验信息的学习, 因网络权的自由度被限制而加快了学习速度并保证误差较小. 数值仿真的结果支持提出方法.     

基于鞍点估计的结构系统可靠性分析方法研究

利用鞍点概率估计可以直接逼近非正态变量空间中单个线性功能函数概率分布的特点, 提出了三种基于鞍点概率估计的系统多模式可靠性分析方法. 其一是基于鞍点估计的近似边界理论, 该方法首先采用鞍点概率估计方法得到各失效模式的失效概率和等价正态可靠度指标, 然后利用边界理论近似得到系统失效概率的上下界限; 其二是基于鞍点估计的Nataf分布逼近法, 该方法首先采用鞍点估计得到各失效模式响应量的概率密度函数及近似线性化功能函数的相关系数, 然后根据Nataf分布来逼近结构系统响应的联合概率密度函数, 进而利用直接数字模拟法来求得结构系统的失效概率; 其三是鞍点线抽样方法, 该方法首先通过变量的线性标准化变换来消除变量的量纲, 然后在标准化的变量空间中利用线抽样方法的样本点将系统失效概率转化为一系列线性响应功能函数失效概率平均值的形式, 再采用鞍点概率估计方法直接估计非正态变量标准化空间中这一系列线性响应功能函数的失效概率. 通过比较三种方法的基本思想、实现过程和算例结果可以发现: (1) 第一种方法只能给出多模式系统失效概率的界限, 并且只适用于线性程度较好的功能函数的情况; (2) 第二种方法可给出系统失效概率的确定值, 这种方法的误差主要来源于Nataf分布对多模式系统响应量联合概率密度函数的近似, 还来源于每个失效模式极限状态函数的非线性程度, 第二种方法也只适用于线性化程度较好的功能函数; (3) 第三种方法给出的是多模式系统失效概率的估计值, 该估计值随样本点数的增加而趋于真值, 并且该方法可以考虑功能函数的非线性对失效概率的影响, 因此方法三是适用范围最广的一种方法.     

基于特征点的空间目标三维位姿单目视觉确定算法

针对基于特征点的空间目标包括相对位置和相对姿态等的三维位姿单目视觉确定问题,提出了一种基于逆投影思想的迭代方法.给出了一种包含景深估计和绝对方位解算两阶段的迭代算法,在景深估计阶段首先计算由转移矩阵表示的最优平移矢量,然后重构各特征点,并利用其在逆投影线上投影更新各特征点的景深;在绝对方位解算阶段采用Umeyama绝对方位解析算法计算相对姿态矩阵,上述两阶段迭代进行直至结果收敛.利用全局性收敛性定理证明了文中算法的全局收敛性.最后,以航天器交会对接最终逼近段的视觉测量为背景对该算法进行了数学和物理仿真,进一步验证了算法的有效性和收敛性.     

基于优势点检测的晶粒轮廓非均匀B样条逼近

进行复合材料三维重构的一个重要步骤是获取晶粒轮廓简洁的、光顺的数学表达. 在利用小波变换技术和Level set技术得到陶瓷复合材料晶粒闭合边缘的基础上, 根据晶粒轮廓的特点, 研究了其特征型值点的合理提取方法: 提取晶粒轮廓上高曲率的点作为候选点, 利用自适应弯曲度来确定曲线上每个点的支撑区间, 计算评价曲率, 依据评价曲率和最大采样间隔确定合理的优势点. 采用周期非均匀3次B样条曲线逼近的方法, 得到控制误差条件下最简洁的晶粒轮廓曲线. 根据所传递的候选节点矢量, 采用柔性间距选择, 获取序列轮廓的共同的节点矢量, 采用蒙皮技术获得陶瓷复合材料晶粒的3次B样条曲面模型.     

特大悬索桥隧道锚岩石力学综合研究

针对泸定大渡河特大桥雅安岸隧道锚承载特性问题,采用基于岩石力学试验的综合研究方法,从围岩地质与力学特性、隧道锚1:10原位缩尺模型试验及隧道锚承载特性数值分析等方面,对隧道锚及围岩变形特征、蠕变特征及承载能力等开展系统研究.对比围岩地质与力学特性二者的关系,验证了模型锚的地质代表性.基于岩体(石)力学试验,提出了岩体力学参数建议值.原位缩尺模型试验结果表明:(1)1 P(1 P=5340 k N,设计荷载)、3.5 P和7 P荷载下,锚体最大变形分别为0.42,2.50,6.41 mm;模型锚锚塞体的周边岩体最大变形分别为0.25,1.86,6.59 mm.(2)1 P,3.5 P和7 P荷载下,锚碇、围岩和锚碇与围岩位错的蠕变都经历了减速蠕变阶段后趋于稳定,属于衰减型蠕变.(3)模型锚碇系统屈服荷载特征点5.25 P,满足规范要求.研究技术路线及成果可供类似隧道锚工程借鉴.