功能梯度石墨烯增强自旋圆柱壳的振动特性

目的为了研究旋转状态下功能梯度石墨烯增强复合材料(FG-GPLRC)圆柱壳的振动特性,方法基于改进的Halpin-Tsai微观力学模型与复合材料夹杂理论预测多种分布模式下石墨烯增强结构的等效材料属性。同时,考虑由旋转引起的科氏力与离心力作用,采用一阶剪切变形理论对FG-GPLRC自旋圆柱壳的能量表达式进行推导。之后,选取切比雪夫多项式构造位移容许函数,基于Rayleigh-Ritz法对FG-GPLRC自旋圆柱壳的行波振动特性进行分析,得到壳体的动力学微分方程进而求解出行波振动频率。最后,通过与现有文献数据进行对比,验证本文方法的准确性,并分析分层数、转速、石墨烯片的质量分数与分布模式等因素对旋转壳体振动特性的影响。结果石墨烯片分层数为10层时,即可实现对FG-GPLRC自旋圆柱壳振动特性的预测;石墨烯质量分数小于2%时,每增加0.5%,壳体的前后行波频率明显提高;在不同模态下,GPL-X分布模式的壳体行波频率最高,GPL-O分布模式最低,且行波频率随转速的提高而增大;弹性边界条件下,壳体行波振动频率随轴向半波数的增大而增加。结论石墨烯片在GPL-X分布模式下使得FG-GPLRC自旋圆柱壳的等效弹性模量增大,对壳体结构刚度的增强效果最佳,且前后行波频率与壳体转速同步增大。

机器视觉中摄像机标定Tsai两步法的分析与改进

为提高摄像机标定精度,本文在分析Tsai两步标定法优缺点的基础上,提出了一种新的标定方法。该方法针对面阵CCD摄像机,建立新的综合畸变模型,并运用两步迭代法逐步逼近精确解,取消了Tsai两步法中对摄像机镜头只有径向畸变的限定,可用于多种复杂的镜头畸变情况。改进的方法只使用一平面标定板和单幅图象,操作简便,相比Tsai两步法中无法用平面标定板直接求解全部标定参数而言是一个突破。实验结果表明,改进方法速度快且精度较高,可广泛应用于机器视觉研究、工业三维测量等多个领域的摄像机标定。

双功能梯度石墨烯片增强金属-陶瓷基圆柱壳的行波振动分析

采用Halpin-Tsai微观力学模型和传递矩阵方法,开展了旋转态双功能梯度石墨烯片增强复合材料圆柱壳体的行波振动特性研究。描述了金属-陶瓷功能梯度基体和5种石墨烯片分布模式的材料属性,基于Love壳理论和传递矩阵方法,考虑转速影响推导了任一截面状态向量的常微分方程和整体传递矩阵关系。以固支-自由(悬臂)边界条件为主,对动力学微分方程进行求解计算,验证了分析方法的合理性。结果表明:低阶模态以轴向半波数为1和周向模态的振动为主,转速引起的科氏力使行波曲线出现分离现象;行波频率随着石墨烯质量分数的增加而增大,分布模式对振型顺序的影响较小,基体体积分数指数对振动特性的影响较大,而石墨烯片层数对振动特性的影响很小,不同倍频激励对共振特性的影响不同。

功能梯度石墨烯增强阶梯圆柱壳的振动特性分析

基于Rayleigh-Ritz法分析功能梯度石墨烯增强复合材料(Functionally Graded Graphene Platelets Reinforced Composite,FG-GPLRC)阶梯圆柱壳的振动特性。首先,采用改进的Halpin-Tsai微观力学模型和复合材料夹杂理论,确定FG-GPLRC的等效材料属性。其次,基于微元法思想和1阶剪切变形理论建立每一子段的基本方程。最后,建立Lagrange动力学能量泛函方程,通过Rayleigh-Ritz法求解FG-GPLRC阶梯圆柱壳的固有频率,并验证方法的有效性。研究表明,FG-GPLRC阶梯圆柱壳的固有频率随层数的增加变化趋势减小,石墨烯质量分数和分布模式会影响圆柱壳的固有频率;弹性边界条件下弹簧刚度系数越大,FG-GPLRC阶梯圆柱壳的第一阶固有频率越大。

轮对在线检测中Tsai异面标定算法研究

基于光截图像测量技术的轮对在线检测中,面阵CCD摄像机拍摄的轮对光截曲线畸变严重,摄像机标定方法和标定精度直接影响轮对检测精度。本文根据非线性畸变成像模型,提出了一种基于移动平面标定板的Tsai异面标定算法。根据径向约束条件和一阶径向畸变公式,利用最小二乘法和Levenberg-Marquardt优化算法标定出摄像机内、外部参数。并根据现场安装位置要求和光截曲线关键点区域分布情况,设计了标定板及其三个安装位置,实现了图像特征点提取和摄像机参数的标定。实验结果表明,Tsai异面标定算法标定精度在0.1 mm以内,满足轮对在线检测对标定精度的要求。

Hahn-Tsai复合材料的非线性杂交应力有限元方法

成功建立了Hahn-Tsai复合材料模型的非线性杂交应力有限元方程,采用Newton-Raphson迭代法求解结构的非线性位移方程。在迭代过程中,为了提高计算效率可采用简单迭代法由节点位移求解单元应力场。但是,当载荷增加到一定程度以后,非线性应力场由于循环迭代而无法收敛,显然,一般的加速方法不能解决这种循环迭代的发散问题。因此,本文发展了一种确实有效的非线性应力场迭代新方法,在不增加计算工作量的情况下,不仅极大地提高了收敛速度,而且对于较大载荷也能够很好地收敛,从而解决了大载荷下非线性杂交元方法失败的关键问题。数值算例表明该方法是确实可行的。

基于Tsai两步法的视觉点胶系统相机标定方法

相机标定是机器视觉系统应用的一项重要步骤。针对传统标定方法大多使用标定板、而标定板的制作和摆放较为繁杂的问题,提出一种基于Tsai两步法的简易标定方法。提出的方法不需要使用标定板,只需通过平台运动拍摄图标、提取特征点,操作简单,同时该方法通过合理的求解步骤,使用线性计算,避免了非线性计算的复杂过程。实验测试表明所提方法能有效降低标定复杂程度,减少标定时间,精度可达±0.1 mm,满足了视觉点胶系统的工程应用要求。

稳定精确的摄像机标定方法

在Tsai两步法的基础上提出了一种更加稳定精确的摄像机标定方法。由于Tsai两步法中只考虑了摄像机镜头的径向畸变因素,所以为了提高摄像机的标定精度,在其基础上考虑了镜头的切向畸变情况。在求解摄像机参数的过程中,第一步同Tsai两步法采用最小二乘法求解线性方程得到外部参数,再利用最小二乘法求解关于畸变参数K1,K2,K3,K4的线性方程组,最终求得摄像机的内外所有参数。通过实验对该方法进行了验证。

基于平面模板的两步法标定摄像机的改进

摄像机标定技术作为机器视觉的一个重要环节极受重视。Tsai两步法摄像机标定先用径向约束得到部分外参数精确解,再将其余外部参数与畸变修正参数进行迭代求解,但该方法不能直接获取CCD摄像机相面中心坐标精确值。对于两步法的改进,是在用两步法得到的摄像机参数值的基础上,用非线性优化算法对所有参数做进一步优化,得到最终参数值。该方法既提高了摄像机标定精度,又无需对CCD摄像机相面中心预标定,简化了标定过程。实验证明,改进后的方法具有快速、准确、方便和有效等优点。

综合多畸变因素的摄像机标定

为了提高大视野应用场合下摄像机的标定精度,提出一种综合多种畸变因素的标定方法。首先在分析透镜存在径向畸变、切向畸变和薄棱镜畸变等因素的基础上建立透镜的多畸变模型,然后以平面的单应性为约束条件,利用标定图中心区域的圆点坐标求得部分摄像机初始内外参数;假设经畸变校正后的像点符合透视投影原理,并在此基础上求出畸变系数;最后通过多畸变模型,以迭代计算的方式逐步逼近精确值。从对比实验结果表明,该标定方法的平均像素误差为0.17 pixel,标定精度不低于Tsai两步法和张氏标定法;经校正后圆心距的标准方差为0.56 pixel,小于Tsai方法的1.00 pixel,优于张氏的0.75 pixel;在不同强度噪声的干扰下,标定结果的变异系数低于15%,表明所提方法的抗噪声干扰能力强,且适用于任意种类的镜头畸变模型。

基于单CCD尺寸检测的摄像机标定方法

为提高机械零件尺寸检测的精度,针对Tsai两步标定法中初始参数不精确的问题,提出了基于直线投影约束的三步标定方法.该方法首先利用直线投影约束条件求解出图像中心点和畸变参数的初始值,然后结合径向排列约束条件求解超定方程组得出全部外部参数和余下内部参数值,最后对全局参数进行非线性优化.为验证提出方法的效果,通过建立基于图像模板的世界坐标系实现,即首先利用图像像素坐标求取摄像机坐标,再将摄像机坐标进行归一化,利用外参数矩阵就可以求解出图像点的世界坐标.结果表明,该方法可以有效提高摄像机标定的精度,像素误差可达0.126 5像素点,单目视觉尺寸检测中任意两点距离误差小于0.41%.

基于激光点云辅助的相机标定方法研究

本文利用三维激光扫描技术对相机进行自标定,以其结果作为参考。选用传统标定方法的Tsai两步法、Weng两步法作为标定模型,以点云数据辅助进行相机标定,并对其标定结果进行分析,取得了很好的实验结果。通过精度评定论证了这种以点云数据辅助、采用传统标定方法作为标定模型的标定方法的可行性。

一种基于摄像机标定的车辆视频测速方法

以Tsai两步法为摄像机标定原理,提出了一种车辆速度视频测量方法,并对摄像机标定误差和车速检测误差进行了分析。首先利用Tsai两步法得到摄像机的内部和外部参数,然后将图像空间提取出的运动车辆特征点位移转换到世界坐标系,最后利用帧差时间求得车辆的瞬时速度。实验结果表明,基于摄像机标定的车辆速度视频测量方法,具有简单实用、鲁棒性强、精确度高等优点,满足车辆视频测速系统的要求。

基于视觉模型的C形臂投影图像快速校正方法

针对普通C形臂投影图像失真影响计算机辅助手术的精度和传统校正方法费时的问题,提出了一种基于摄像机视觉模型的方法来快速校正C形臂X射线投影失真图像。该方法通过分析C形臂X射线投影图像失真的来源和类型,把C形臂系统标定和投影失真图像校正融为一体,再利用视觉模型的Tsai法对其进行标定获取畸变参数,然后利用畸变参数对失真图像进行几何校正。实验结果表明,在放射源到探测器的距离为120cm时,最大误差为8.8个像素,放射源到探测器的距离为121cm时,最大误差为9.1个像素。放射源到探测器的距离变化18mm时,标定获得放射源到探测器的距离变化值为18.11mm,相差0.11mm,并且在不同姿态时C形臂投影失真图像校正结果具有稳定性。该方法的优点是减小了建立理想图像带来的误差,而且步骤简单,容易在线使用。

基于3D深度相机的机器人手眼标定方法研究与应用

针对工业机器人视觉领域中现有手眼标定方法复杂的问题,提出一种基于3D视觉的简便手眼标定方法,即将3D深度相机和矿山爆破机器人相结合,利用3D深度相机能够获取空间点坐标的原理以及3个参考点的几何关系,获取标定板上参考点到相机的坐标转换关系。同时机器人末端法兰盘中心到机器人基坐标系的转换关系已知,可利用TSAI两步法求取相机到机器人末端法兰盘中心的转换关系,继而求得参考点在机器人基坐标系中的位姿。把此手眼标定方法应用到矿山爆破机器人系统中,实验结果表明,最大坐标误差为5.7 mm,最小误差为0 mm,精度满足现场矿山孔洞的定位要求。该文的创新点是利用深度相机的原理和3个点的几何关系求取参考点到相机的转换关系。

非线性相机模型对AR系统注册精度的改进

注册是AR系统成功的关键技术之一.最近提出的采用基本矩阵的注册算法,不需要辅助的定位器材,也不需要人工标志物,易于执行,适应范围广,但注册精度有待改进.通过Tsai算法引入了非线性相机模型,对原有图像进行畸变校正,然后用基于基本矩阵的注册算法采用校正后的特征点进行计算.从实验所获得的结果来看,这种方法可以获得较原注册算法更好的精度.

特高压线路碳纤维复合绝缘子卡具设计与分析

针对目前1 000 kV特高压输电线路闭式绝缘子卡具尺寸较大、重量较重、高空作业困难的特点,以1 000 kV输电线路更换550 kN瓷质绝缘子所用的闭式卡NGK550为研究对象,采用碳纤维复合材料设计新型碳纤维复合绝缘子卡具。利用有限元方法,基于Tsai-Wu失效准则,对碳纤维复合绝缘子卡具进行力学性能分析。结果表明碳纤维复合绝缘子卡具在静态试验荷载225 kN作用下未发生破坏,满足设计要求。通过力学试验进一步验证了有限元分析结果的正确性和结构设计的可行性。在满足强度要求的同时,碳纤维复合绝缘子卡具重量比闭式卡NGK550轻了59.62%,大大减轻了闭式绝缘子的重量。

某碳纤维机载电子机架设计及仿真分析

树脂基碳纤维复合材料(Carbon Fiber Reinforced Polymer,CFRP)作为一种高性能复合材料,与金属材料相比,具有比强度和比模量高、减振性能好等特点,在机载电子设备中的应用越来越广泛。文中针对机载环境条件特点,设计了一种碳纤维复合材料电子机架,提出了一种碳纤维铺层设计方法,采用ANSYS软件进行了力学仿真分析,并利用ANSYS Composite PrepPost(ACP)工具基于蔡-吴失效准则计算了铺层失效系数,较好地验证了该设计方法。该设计方法对同类电子机架结构设计具有一定的指导意义。

复合材料电梯层门强度特性研究

针对电梯层门应用复合材料的强度特性问题,对层门门扇及筋板进行了复合材料反对称正交铺层设计,利用复合材料有限元法与Tsai-Wu强度失效准则,对其结构强度特性进行了研究。在层门型式试验验证有限元模型有效的基础上,分别选取单轴玻璃纤维环氧树脂(E-G)和碳纤维环氧树脂(E-C)材料,详细对比了不同层门门扇厚度、筋板个数对层门强度特性的影响。研究表明:在反正对称正交铺层设计下,E-G与E-C复合材料层门均可满足电梯层门设计要求,E-G与E-C复合材料横向压缩强度幅值数倍于横向拉伸强度,门扇内侧区域面内受最大拉伸应力,而外侧区域受最大压缩应力,其层门强度特性主要由横向应力分布主导,提高复合材料性能、门扇厚度和筋板个数目均可有效改善层门整体强度特性。

屏边三七多糖的含量测定及抗氧化活性研究

采用可见光分光光度法,在单因素考察多糖显色条件的基础上,采用正交实验设计法确定了多糖的最佳显色条件,并采用苯酚-硫酸法测定屏边三七的多糖含量;通过过氧化氢、1,1-二苯基-2-三硝基苯肼(DPPH)自由基、2,2′-联氮-双-3-乙基苯并噻唑啉-6-磺酸(ABTS+)自由基和羟基自由基的清除能力及总还原力测定多糖的抗氧化活性评价了抗氧化能力。结果表明,最佳显色条件为:质量分数为6%的苯酚1.2 mL、浓硫酸4.5 mL、60℃加热6 min;葡萄糖标准品检测质量浓度为2.0024~52.0624 g/mL,与吸光度呈良好的线性关系(r)=0.9991。屏边三七多糖的平均加样回收率为99.92%,平均质量分数为19.31%。其体外抗氧化能力为:羟自由基>过氧化氢>DPPH>ABTS+自由基。优化后的苯酚-硫酸法测定屏边三七多糖总含量的方法简单、重复性好、灵敏度好、结果准确,屏边三七多糖具有较强的抗氧化能力。