Force modeling for needle insertion into soft tissue based on mechanical properties and geometric parameters

The force model during needle insertion into soft tissue is important for accurate percutaneous intervention.In this paper,a force model for needle insertion into a tissue-equivalent material is presented and a series of experiments are conducted to acquire data from needle soft-tissue interaction process.In order to build a more accurate insertion force model,the interaction force between a surgical needle and soft tissue is divided into three parts：stiffness force,friction force,and cutting force.The stiffness force is modeled on the basis of contact mechanics model.The friction force model is presented using a modified Winkler＇s foundation model.The cutting force is viewed as a constant depending on a given tissue.The proposed models in the paper are established on the basis of the mechanical properties and geometric parameters of the needle and soft tissue.The experimental results illustrate that the force models are capable of predicting the needle-tissue interaction force.The force models of needle insertion can provide real-time haptic feedback for robot-assisted procedures,thereby improving the accuracy and safety of surgery.     

结合局部二元图特征的运动目标阴影抑制方法

针对基于局部二元图纹理的阴影区分算法不能有效抑制暗阴影边缘的问题,提出了一个结合图像边缘信息的改进方案.当进行阴影抑制时,对不在边缘上的像素直接通过比较前景像素及其相应背景像素的局部二元图纹理值进行区分;否则,以待判定的像素为中心,设定一个滑窗,对滑窗内相同位置的前景像素与背景像素的局部二元图纹理值进行比较,统计滑窗内纹理值相同的像素对的数量.若该数量大于一定的阈值,则判定中心像素为背景像素,否则为目标像素.实验结果表明:改进方案能适应阴影的明暗程度变化,消除仅使用局部二元图时存在的伪阴影边缘,所增加的计算量与阴影区域的大小成比例.     

基于CATIA建模的导流工程三维数值模拟研究

提出了包括实际工程地形的施工导流工程三维数值模拟的方法.基于CATIA模型设计软件建立了苏丹上阿特巴拉水利枢纽儒米拉大坝分期导流三维模型,实现了实际工程地形与建筑物实体的融合,真实地反映了实际工程的空间布置情况.将模型导入计算水动力学软件Flow-3D中,采用紊流双方程中的RNG模型,用Tru VOF方法进行自由表面的追踪,在1,000,m~3/s、5,380,m~3/s流量下,对溢洪道内部水流流速、流态、水面线、底板压力进行了数值模拟.经过对比分析,证明了模拟结果与试验值吻合较好,从而验证了模型的可靠性.在取得水力学参数的基础上,考虑建筑物附近的河床冲刷,探讨了围堰附近覆盖层冲刷的数值模拟方法.该研究为解决复杂水利工程的三维建模问题及相关数值模拟提供了新的方法,具有一定的参考价值和良好的应用前景.     

考虑应力叠加的矫直行程预测模型研究

为提高精密矫直加工精度及效率,探讨多次矫直过程中应力叠加特性,研究多次矫直行程预测迭代建模方法.首先,基于经典弹塑性变形理论,建立单次矫直行程预测理论模型;运用应力叠加原理,研究二次矫直的截面应力分布状态,推导出二次矫直时截面应力的再分布方程及矫直参数解析表达式;在此基础上,研究多次矫直过程中的矫直次数-应力演变规律,建立考虑应力叠加的多次矫直行程预测迭代模型.采用自主研发的精密矫直机进行在线矫直实验,进行行程预测模型实验对比.实验结果表明:实际矫直过程中,多次矫直行程预测迭代模型的预测精度和矫直效率优于未考虑应力叠加作用的单次矫直行程预测理论模型,该方法可推广应用于直线金属条材的精密矫直中.     

海表面流场微波遥感研究进展及其关键技术问题分析

海表面流场是海洋学中十分重要的研究对象,本文综述了海表面流场微波遥感所涉及的海表面建模、计算电磁学、合成孔径雷达(synthetic aperture radar,SAR)海面成像及SAR信号等基础研究领域,梳理了海表面流场微波反演的研究进展,分析了目前已有反演方法的利弊并找出待研究的科学问题,逐一剖析这些问题并提出解决方法。针对海表面流场微波遥感中有待解决的在动态海表面建模中如何引入海表面流场因素、运动海面电磁散射特征的表征中如何选取参数和反演过程中需要注意的图像分辨率等问题,提出了研究策略,指明了海表面流场微波遥感的技术路线和研究方向,最后对海表面流反演工作进行了展望,探讨了高分辨率海流反演的下一步工作。     

BIM技术在地铁隧道工程施工中的应用

天津地铁6号线第8合同段盾构区间隧道受始发场地面积小、穿越风险源多、地质环境复杂、技术要求高等因素的限制,施工过程中存在大量的困难和挑战.对此,使用建筑信息模型技术(BIM)进行建筑专业、结构专业、机电专业的建模,对各专业进行碰撞检查及处理,实时仿真模拟施工,并对工程量进行统计.从施工过程中来看,采用建筑信息模型技术(BIM)进行隧道施工取得了良好成效,显著缩短了工期,节省了成本和造价.研究结果可为同类地铁隧道工程施工提供一定的参考.     

基于攻击图的计算机网络攻击建模方法

随着网络大规模的发展,网络入侵技术也在不断的进步,网络攻击也变得日益复杂,计算机网络攻击建模能够有效的帮助人们对网络攻击的路径进行分析.通过对网络攻击图的建模算法进行研究,对网络攻击图的模型特征和关键技术、复杂性等特征进行探究,并综合的分析了网络攻击图在未来计算机网络发展中的应用.     

安全系统动力学建模仿真

为提高企业安全生产水平,将系统动力学应用到企业安全管理中。本文从研究内容、研究方法两方面,分析了系统动力学的研究现状;结合系统动力学在企业应用的需求,辨析企业安全生产的影响要素,从事故的人为因素,设备因素,管理因素的角度,探求事故影响因素与安全效益的相关关系,应用系统动力学建模软件VENSIM,做出各因素之间的系统动力学因果关系图与系统动力学流图。并指出在解决若干关键问题的基础上,安全系统动力学可望得到进一步发展,并为企业安全管理提供一种有益的方法和工具。     

基于Matlab/Simulink的无刷直流电机控制系统建模与仿真

从无刷直流电机的原理入手,研究了基于脉宽调制PWM波的转速和电流双闭环无刷直流电机控制系统,分析了该系统的各个模块并且用MATLAB/SIMULINK软件建立该控制系统的模型,通过仿真得出无刷直流电机控制系统的电机转矩、转速的响应特性。     

一种新型弹体结构的导弹分离动力学建模与仿真

根据一种新型弹体结构,研究了导弹的分离动力学问题.为了保证分离过程的安全,避免弹头与舱段、整流罩发生碰撞,必须对分离过程中弹头、舱段以及整流罩的运动特性进行分析.推导了整流罩锁死前和舱段组成多体系统的动力学方程并设计了整流罩锁死后舱段和弹头的碰撞判断条件.通过计算机仿真,验证了所建模型的有效性,得出了分离过程中整流罩和舱段每一时刻的运动参数以及铰链所受的作用力,并对计算结果进行了分析,最后验证采用垂直分离这种方案可以安全进行分离.