基于融合Canny-SIFT算法的MRI细微特征提取

针对磁共振影像(MRI)中的细微特征难提取、易缺失问题,提出一种基于融合Canny-SIFT算法的磁共振影像细微特征提取方法。该算法首先解决因图像的灰度不均匀以及噪声信号繁杂导致图中纹理、细微特征信息不清晰问题,采用自动Gamma变换增加图像对比度,由泛洪填充和离散余弦变换构成的混合滤波器对背景和观察区域噪声做分别处理;针对重点观测区域细微特征提取不完整问题,根据实际诊断要求进行重要程度划分,通过特征匹配和拓扑关系推理获取重要区域的位置、面积等方面信息,同时完成自适应选取相应So-bel算子;最后通过阈值化分割和二值化处理获得输出图像;实验表明:该方法与已有Canny边缘检测精度有明显提升,结构相似性相较于传统常见方式提升了38.9%,均方误差下降了31.33%,与所提及的其他算法相比性能表现为最优。

薄壁四点接触球轴承-腕部关节系统接触动力学分析

在机器人实际工况中,针对含有薄壁四点接触球轴承的机器人腕部关节系统的运动稳定性问题,对腕部系统模型进行了简化设计和仿真研究。在考虑薄壁结构的弹性变形和动态接触作用耦合影响的基础上,建立了刚柔耦合工业机器人腕部关节系统模型,分析了不同受载工况和正反转驱动下的变形规律和动态特性。首先,基于多体动力学和Hertz接触理论,设计了包含薄壁四点接触球轴承和中空轴及基座的腕部关节系统刚柔耦合接触动力学仿真模型;然后,考虑薄壁中空轴、基座、轴承套圈和保持架的结构弹性变形、钢球和套圈滚道、保持架的动态接触作用,研究了机器人腕部关节系统两种实际工况对保持架和钢球角速度、保持架和薄壁基座振动位移、钢球与套圈的动态接触力的影响;最后,计算分析了两种工况下腕部关节系统的动态载荷规律和振动响应特性。研究结果表明:在相对较大的径向载荷作用下,保持架和钢球会出现打滑现象,速度呈现周期波动,保持架和基座具有更好的运动稳定性,其薄壁轴承内部载荷降低,主副接触对均承担联合载荷,轴承内部载荷稳定性也更好。该仿真模型及结果可以为薄壁腕部关节系统的动力学分析与设计提供参考。

基于参数化多体动力学模型的内齿式回转支承动态优化设计

内齿式回转支承兼有滚动轴承的回转支承特点和齿轮啮合传动特点,在联合载荷作用下其动态性能的影响因素众多,容易出现轮齿磨损或断齿、套圈滚道磨损和运行精度变差等问题。综合考虑钢球与内外套圈滚道、保持架兜孔的动态接触作用及内齿圈轮齿间的啮合传动作用,建立了内齿式回转支承参数化多体接触动力学模型。分析了沟道曲率半径、保持架兜孔孔径、初始接触角和轮齿变位系数等关键设计参数对回转支承齿轮啮合力、1号钢球与N1滚道的接触力、内齿圈质心轴向和径向振动位移的影响规律。在此基础上,采用试验设计(design of experiment,DOE)方法,对内齿式回转支承的关键设计参数进行全因子试验设计及计算,获得了多参数影响下回转支承的动态性能。结合线性加权法,运用统一量纲法和权系数法构造新的多目标优化函数,提出了回转支承动态性能的多变量多目标优化设计方法,得到回转支承的轮齿啮合力下降了49.27%,1号钢球与N1滚道的接触力下降了29.6%,内齿圈质心轴向振动位移减小了5.41%,内齿圈质心径向位移减小了15.88%,回转支承的性能得到了优化。研究结果为回转支承的动态设计提供了参考。

同质材料多凸体摩擦磨损行为的分子动力学模拟

从纳米级微凸体间剪切运动的角度研究干摩擦机理。考虑同质弹性材料接触过程中存在黏附力、原子转移和凸体间相互作用对纳观黏附摩擦接触过程的影响,采用分子动力学方法研究纳米尺度下同质单晶铜材料的弹性刮头与弹性多凸体基体接触过程的表面摩擦响应,分析了弹性刮头与多凸体多点连续接触的摩擦规律以及刮头接触变形与基体变形的相互作用。研究结果表明:晶格方向差异会导致凸体间不同程度的磨损,摩擦系数随着晶格角度的增大而减小;在控温条件下,摩擦系数随着晶格角度的增加而降低;速度的增加具有一定的减摩作用。由于多凸体模型考虑到凸体间相互作用对材料变形和失效的影响,发现在不同工况下材料表现出不同的抵抗刮擦和变形的能力,弹性刮头以及凸体间相互作用对纳观黏附摩擦特性产生重要影响。

基于集成学习和改进粒子群优化算法的流程制造工艺参数优化

针对流程制造过程中工艺过程复杂、多工序耦合严重、工艺参数优化困难等问题,提出一种基于长短期记忆(LSTM)神经网络、极限梯度提升(XGBoost)算法和改进粒子群优化(IPSO)算法的多工序工艺参数融合优化方法。基于LSTM神经网络建立了数据预处理模型,通过LSTM神经网络提取流程工艺数据的时序特征,进而实现了对工艺数据中异常值的处理。在此基础上,通过XGBoost算法拟合工艺参数与质量指标间的非线性关系,并结合粒子群算法构建了PSO-XGBoost质量预测模型,再将预测模型的输出作为适应度,调用改进粒子群算法反向搜索全局最优工艺参数,得到各工序的最优工艺参数组合,从而实现了流程制造加工质量的融合优化。以某企业的一条流程生产线为例,验证了多工序工艺参数融合优化模型的有效性。

面向制造业产业链图状区块链模型

针对传统区块链构建制造业产业链区块链模型所面临的复杂业务关系难以处理的问题,提出一种图状区块链模型。首先,将原有区块分解为业务关系与业务数据两部分,由业务关系构建关系模型,并通过业务数据构建物理区块;然后,由双映射机制建立图状区块链中的顶点与物理区块的对应关系;最后,针对制造业产业链业务特点建立制造业联盟图运行机制,并基于制造业的业务场景构建制造业联盟图框架,结合Hyperledger Fabric平台,对图状区块链进行了验证,得到了初步的效果,为制造业产业链在业务处理与区块链瓶颈突破方面提供了一种新的方法与思路。

不同因素下镍铜双层膜表面摩擦行为的研究

材料在摩擦接触过程中的弹塑性变形对基体的力学性能具有重要影响。为研究镍铜双层膜在接触过程中的变形行为和力学特性,本文从原子轨迹、原子晶格结构变化、接触力和基体内部位错等方面,详细研究了表面纹理密度、纹理方向、晶体学方向、磨粒半径和接触深度等因素对摩擦接触过程的影响。结果表明:纳观纹理表面以及镀层的引入对接触力产生影响。镍膜晶体学方向对滑动接触过程影响显著,存在接触力最小的晶体学方向;凸体的分布角度对摩擦过程的影响较小;在界面作用下,特定纹理密度表现出一定的减摩作用;基体材料的接触力随着磨粒半径和接触深度的增大而增大;在不同因素及水平下,基体表现出不同的位错缺陷程度和原子堆积现象。

刚柔耦合齿轮三维接触动力学建模与振动分析

基于多体动力学理论和迟滞接触动力学方法,提出了刚柔耦合齿轮三维接触动力学模型和动力学分析新方法。考虑轮齿与轮体间的相对柔性变形,啮合齿对间球-面三维动态接触和齿轮几何参数等因素,通过离散齿廓渐开线获得了齿面的离散接触面,从而建立了齿轮啮合传动动力学模型。通过数值求解与仿真分析,研究了单侧齿面接触、双侧齿面接触和刚柔耦合特性对齿轮啮合传动特性的影响规律,获得了啮合轮齿全齿面接触冲击力,力矩和角速度等齿轮啮合传动的动态响应特性。研究表明:新方法和动力学模型更真实地模拟了齿轮啮合传动的齿轮柔性变形和接触冲击等振动响应特性。该方法和数值计算结果为齿轮啮合传动和齿轮系统动力学研究提供了理论指导和参考数据。

滚动轴承刚柔多体接触动力学分析

以柔性多体动力学理论为基础,提出了以相对坐标描述刚柔多体接触滚动轴承的递推数值分析方法。以球轴承为例,研究了滚动轴承刚柔多体接触输出响应的动态特性。综合考虑滚动体与轴承内外圈滚道的时变接触刚度、柔性接触、摩擦、离心力等非线性因素,分析出转速、摩擦力和预紧力对滚动轴承的时变接触力和时变振动位移的影响。结果表明,以相对坐标描述刚柔多体接触滚动轴承的动力学模型,可以有效地解决滚动体与滚道间的时变接触振动响应和柔性接触等非线性接触动力学问题。

球轴承柔性多体动力学分析与接触振动研究

结合有限元法和柔性多体动力学方法,提出球轴承柔性多体接触动力学模型和动力学分析方法。综合考虑钢球与内外圈滚道的游隙、柔性多体接触、套圈弹性变形、摩擦、离心力和转速等关键因素,建立球轴承的柔性多体接触动力学模型。研究了球轴承的柔性多体动力学特性和接触振动响应,计算出球轴承钢球公转一周时的接触力变化、套圈中心的相对振动位移、加速度、套圈弹性变形、截面接触应力和径向接触应力等接触振动响应,揭示了球轴承的支承钢球数目奇偶交替时的变柔性接触振动本质。提出的球轴承动力学模型与计算结果为以系统振动为目标的球轴承动态设计和球轴承系统设计提供理论指导和参考数据。

变工况下角接触球轴承保持架稳定性分析

复杂变工况条件下旋转机械系统中滚动轴承表现出复杂的动力学特性,更容易产生故障或破坏;考虑间隙碰摩、润滑拖动作用和多体动态接触关系,探索了变工况下球轴承多体接触动力学特性。基于套圈滚道圆环的几何结构方程,建立并实现了运转状态下钢球和套圈的三维接触力学模型和动态接触力的预测搜索算法;考虑钢球和保持架的三维动态间隙碰摩和润滑拖动作用,保持架和引导套圈的等效短滑动轴承的润滑拖动作用,建立球轴承多体接触动力学模型;运用广义-α方法计算分析了变工况下角接触球轴承的动力学特性和保持架运动稳定性,获得变预紧量、变速度、变载荷等工况下球轴承的三维空间运动轨迹、动态作用力、振动加速度及频谱等动力学响应。计算结果表明:内外圈均旋转时,由于启动加速过程中的速度和载荷冲击作用,球轴承存在较大的作用力和振动位移,稳定后的主振频率是自由旋转套圈的转速频率;预紧量的增加,保持架的振动位移仅在内圈受固定径向力作用时明显减小;旋转径向力作用时保持架中心的运动轨迹是近似圆柱面的涡动运动规律。

带传动系统的多体动力学建模与接触振动研究

结合刚性有限元法和多体动力学方法,提出带传动系统的多体接触的相对坐标递推动力学建模的新方法。以等效的柔性连接力来描述带的柔性变形,结合带体单元结点的相对坐标和面-面接触方法,建立了带传动系统的多体动态接触动力学模型。以平带传动系统为例,新方法综合考虑了柔性带的柔性效应,带体单元与传动轮之间的动态接触、转速、摩擦等因素,分析出带传动系统的横向振动位移、弯矩、动态接触力和张紧力等动力响应特性和接触振动特性。结果表明新方法能有效地计算带传动系统的柔性带的振动特性和接触动力响应等动力学响应特性,为带传动系统的动态设计与改进提供重要的参考数据和理论依据。

柔性多体系统动力学新型广义-α数值分析方法

结合隐式数值积分解耦法,提出柔性多体系统动力学的新型广义-α数值分析方法。利用新型广义-α法乘以积分步长h或h2缩小因子的形式将积分步长引入至系统雅可比矩阵计算,获得离散的多体系统动力学方程和约束方程。基于隐式数值积分解耦法,获得系统变量的解耦方程组和系统雅可比矩阵。通过数值实例研究新型广义-α法的数值精度、收敛阶次、稳定性和计算效率。理论研究和数值分析表明,新型广义-α法极大减小了系统雅可比矩阵函数的估计数目和Newton-Raphson迭代次数,从而大大地减小了柔性多体系统动力学分析的求解规模,同时满足位移、速度及加速度约束。高效、高精度、可控数值阻尼的新型广义-α数值分析方法,对具有多柔体、接触冲击和摩擦等刚性性质的柔性多体系统动力学分析具有重要的理论参考意义和工程应用价值。

圆柱滚子轴承多体接触动力学研究

考虑滚子和套圈、滚子和保持架、保持架和引导套圈的动态接触关系,提出了机械系统中圆柱滚子轴承多体动力学分析的新方法。基于圆柱套圈滚道的三角网格模型,实现了圆柱滚子和套圈滚道的动态接触力的预测搜索算法,进而建立了计及润滑摩擦作用和Hertz接触作用的圆柱滚子轴承的三维多体接触全动力学模型。运用广义-α方法计算分析了不同工况条件下圆柱滚子轴承的动态特性和保持架的稳定性,获得了不同工况下轴承的运动轨迹、角速度、滚子和倾斜扭转振动、动态接触力,拖动力和相轨迹等动态响应的变化规律。计算结果表明低速或较小径向力下,滚子和保持架的拖动力相对较小且不稳定,滚子和保持架侧梁、外圈挡边之间存在明显的频繁接触冲击作用,内圈中心的振动位移相对较大,保持架中心的径向平面运动轨迹形成不稳定的近似圆周运动,圆柱滚子轴承的运动稳定性相对较差。随着转速或旋转径向力的增加,保持架中心的径向平面运动轨迹为圆周运动和单周期的相轨迹运动,保持架中心的轴向振动明显,滚子倾斜扭转振动相对较小。

球轴承-螺旋锥齿轮系统多体接触动力学分析

基于多体系统动力学理论,在圆弧齿锥齿轮接触动力学分析的研究基础上,提出了球轴承-螺旋锥齿轮系统多体接触动力学分析的新方法。基于套圈滚道表面和弧齿齿面的三角网格模型,建立并实现了多体接触动力学模型和动态接触力的预测搜索算法,进而建立了忽略啮合齿面的摩擦和润滑作用,考虑球轴承的保持架、润滑摩擦力和Hertz接触作用的球轴承-圆弧齿锥齿轮系统多体接触动力学模型。考虑轴承游隙、齿轮侧隙和载荷工况等关键因素,运用广义-α方法计算分析了预紧力和负载扭矩作用下球轴承-弧齿锥齿轮系统的多体接触动力学行为和动态响应特性,获得了动态接触力、拖动力、角速度、振动位移、加速度、运动轨迹和相图及频谱等振动响应的变化规律。研究表明球轴承保持架的角速度频率、齿轮驱动角速度频率、从动齿轮的角速度波动频率和齿轮的啮合频率对球轴承-弧齿锥齿轮系统动力学特性有着重要的影响。动力学模型和计算结果为不仅对球轴承-弧齿锥齿轮传动系统的动态设计和动力学分析具有重要的实用价值,而且对复杂齿轮传动系统的动力学研究具有重要的理论意义。

圆弧齿锥齿轮接触动力学分析

运用三角网格方法重构三维离散的圆弧齿啮合齿面模型。基于多体动力学理论与迟滞接触动力学方法,提出考虑全齿面动态接触关系的螺旋锥齿轮三维接触动力学模型和动力学分析方法。运用三角网格单元接触的包围盒搜索技术和微分代数方程求解方法,仿真分析单侧齿面接触、双侧齿面接触、负载扭矩和齿侧侧隙等因素对齿轮啮合传动特性的影响,获得圆弧齿啮合全齿面接触冲击力、力矩和角速度等齿轮啮合传动的动态响应特性。研究表明:新方法和动力学模型较好地模拟圆弧齿锥齿轮的承载特性和啮合接触动力学特性,对以动力学特性为目标的圆弧齿锥齿轮设计与齿轮系统动力学研究提供理论参考。

角接触球轴承保持架柔性多体动力学分析

考虑套圈、钢球和保持架的结构弹性变形与动态接触关系,建立了角接触球轴承柔性多体接触动力学有限元仿真模型。在不同引导游隙、转速和径向力下,运用ANSYS/LS-DYNA仿真分析了角接触球轴承的动力学性能,以及保持架的动态冲击应力和稳定性。计算讨论了角接触球轴承的动态接触应力,获得了保持架的角速度、动态冲击应力、质心运动轨迹等仿真结果,它们与理论计算结果具有较好的一致性。结果表明,球轴承运动速度的变化对保持架的动态冲击应力和稳定性的影响较大。

主轴系统的刚柔耦合接触动力学仿真分析

以高速数控铣床主轴多体系统为例,研究了主轴刚柔耦合多体系统的输出响应的动态特性。从柔性多体动力学的基本原理出发,系统地分析了主轴系统刚柔耦合的动力学模型的原理,提出基于修正的Craig-Bampton法建立主轴系统刚柔耦合的接触动力学模型的方法。基于虚拟样机模型,综合考虑齿轮传动的时变啮合刚度、间隙、摩擦和切削力等影响动态响应的接触因素,分析出轴承结合部、驱动转速和齿轮啮合等的时变特性对主轴系统动态响应的影响。仿真结果与理论和实验分析结果相一致。该仿真算法可以有效地解决考虑多动态参数激励的主轴系统的动态响应问题。

考虑三维圆柱铰间隙碰撞的空间机构柔性多体动力学分析方法

三维圆柱铰的动态性能对空间机构的运动精度和动力学特性有着重要的影响。基于多体动力学方法和刚体有限元方法,提出考虑三维圆柱铰的间隙碰撞和动态接触作用的空间机构柔性多体接触动力学方法。采用圆柱-圆柱的线接触力学模型和切片法,计算圆柱-圆柱的接触变形量和接触力,建立三维圆柱铰的轴销与轴套之间的间隙碰撞作用和三维动态接触关系。以等效刚体单元和Timoshenko梁单元描述柔性杆件的刚性有限元模型,建立柔性连杆和三维圆柱铰的具有多刚体系统的统一形式的动力学方程。计算分析了含三维圆柱铰的空间机构的运动精度和动力学特性,获得空间机构的位移响应,三维圆柱铰的相对运动轨迹和动态作用力等动力学响应。采用三维圆柱-圆柱动态线接触方法,能有效地预测空间机构系统的三维圆柱铰持续接触、间隙碰撞状态和摩擦作用下的动力学特性。计算结果表明三维圆柱铰的间隙碰撞作用对空间机构的运动精度和动态特性的影响较为显著。动力学模型和计算结果对复杂工况下高精度多间隙的空间机构的动态设计和动力学研究具有重要的理论意义。

角接触球轴承柔性多体接触动力学分析

在考虑套圈结构弹性变形和边界条件的影响下,提出并系统地研究一种以多体动力学方法和有限元方法相结合的角接触球轴承动力学混合计算分析方法。应用ADAMS软件编制了动态接触力和约束方程的用户自定义计算程序,建立了运转过程中考虑钢球和套圈动态接触关系的角接触球轴承柔性多体接触动力学分析模型。在承受不同载荷以及考虑转速、接触角和离心力影响的条件下,分别计算讨论了动态接触力、接触角、振动位移和套圈动态接触应力的变化规律。动力学分析模型较好地模拟了角接触球轴承的柔性多体接触动力学特性,为重载荷、冲击载荷或其他复杂载荷作用下的角接触球轴承的设计、寿命预测和工程应用提供了参考方法。