Concurrent Two-Scale Topology Optimization of Thermoelastic Structures Using a M-VCUT Level Set Based Model of Microstructures

By analyzing the results of compliance minimization of thermoelastic structures,we observed that microstructures play an important role in this optimization problem.Then,we propose to use a multiple variable cutting(M-VCUT)level set-based model of microstructures to solve the concurrent two-scale topology optimization of thermoelastic structures.A microstructure is obtained by combining multiple virtual microstructures that are derived respectively from multiple microstructure prototypes,thus giving more diversity of microstructure and more flexibility in design optimization.The effective mechanical properties of microstructures are computed in an off-line phase by using the homogenization method,and then a mapping relationship between the design variables and the effective properties is established,which gives a data-driven model of microstructure.In the online phase,the data-driven model is used in the finite element analysis to improve the computational efficiency.The compliance minimization problem is considered,and the results of numerical examples prove that the proposed method is effective.

Level Set方法在Z切石英各向异性湿法刻蚀模拟中的应用

石英是MEMS元器件的重要基底材料,其各向异性湿法刻蚀过程极为复杂。Level Set方法作为一种隐式追踪运动界面的方法,可用于追踪复杂运动界面。详细说明了Level Set方法在石英各向异性湿法刻蚀模拟中的应用过程,包括构建函数、控制方程、数值解法和重新初始化。通过Z切石英凹槽、凸台刻蚀形貌SEM图和模拟结果的对比,表明基于Level Set方法开发的石英湿法刻蚀三维形貌模拟程序是稳定有效的。

基于联合仿真的曲面共形多孔结构拓扑优化方法

针对宏观曲面结构上多孔结构单胞构型与设计域外形不匹配,导致曲面结构优化困难的问题,提出一种基于联合仿真的曲面共形多孔结构拓扑优化方法。基于三周期极小曲面隐式水平集函数,实现多孔结构的参数化建模。采用等参单元法理论,建立自然坐标系到笛卡儿坐标系的映射关系,实现曲面多孔结构的共形建模。构造线性插值函数,保证多孔结构单胞之间的C0连续。引入可变切割水平集函数,建立MATLAB与ANSYS联合仿真的多孔结构拓扑优化框架。数值算例表明:所提方法可有效实现曲面多孔结构的拓扑优化设计,确保多孔结构单胞与设计域外形的匹配,提升多孔结构的力学性能。

一种新的基于Graph cuts方法的SAR图像分割模型

Graph cuts方法是一种快速优化技术,能有效解决计算机视觉的低层次问题,如表面重构、分割、去噪等问题。其优点是迭代计算的高效性并能得到全局最优解。利用Graph cuts方法,将基于活动轮廓模型和水平集方法的SAR图像分割模型转化成一个新的模型,可用最大流/最小割方法来求解。实测SAR图像的分割实验表明:提出的新模型所需运行时间大约是基于水平集的活动轮廓模型所需时间的一半,分割精度也得到了较大的提高。

基于FLAC^(3D)点柱式上向水平分层充填法点柱参数研究

在点柱式上向水平分层充填法中留设点柱的尺寸与间距对矿山的生产有较大影响,不合理的点柱参数会影响回采的安全性及采场的经济技术指标,因此留设点柱参数的合理选取是点柱式上向水平分层充填采矿法成功应用的关键。文章以大红山铜矿西矿段为工程背景,运用数值模拟方法对其点柱式上向水平分层充填法的点柱留设参数进行研究,最终确定其最优参数为点柱尺寸4 m×5 m,点柱跨度12 m。

学业水平描述的研究进展与启示

20世纪90年代以来,学业水平描述研究取得显著进展,从最初仅为标准设定的基础发展至今已成为分数解释与测验开发的依据,从知识、技能与认知过程的内容设计发展到与证据中心设计理念相结合,从最初的两个类型拓展到目前的四个类型,学业水平描述已成为教育测评体系中不可或缺的构成要素。目前,我国学业水平描述开发较为薄弱,可从如下四个方面加以改进:1)加强对学业水平描述多元化功能的认识;2)探索证据中心设计的开发路径;3)建构以核心素养为指向的学业水平描述框架;4)吸纳学习进阶的研究结果。

物体轮廓形状超像素图割快速提取方法

提出一种水平集框架下物体轮廓形状超像素图割快速提取方法.该方法首先均匀化放置种子点,通过对超像素化演化力的设定,生成具有区域相似特征的超像素,这些超像素对原图像的划分既能保持目标轮廓形状的几何特性,又可避免超像素间的互相重叠.然后构建超像素标号和Heaviside函数的关联关系,应用图割建立M-S能量函数的优化模型.最终利用超像素图割提取目标轮廓的几何形状.实验表明,超像素化的图像像素数目大幅度减少,转化后的优化模型符合图割对能量函数进行优化的要求,图割中最小割/最大流方法避开微分方程的求解,这些措施在保证轮廓形状提取效果的基础上提高提取效率.

合成孔径雷达影像变化检测研究进展

遥感影像变化检测技术用于检测同一地点在一段时间内所发生的变化情况,具有重要的应用价值.而基于合成孔径雷达(synthetic aperture radar,SAR)影像的变化检测由于其传感器具有不受时段、天气条件影响等优良特性而在近年内受到了广泛的关注.针对SAR影像变化检测这一核心任务,首先对其经典步骤以及每一步的传统方法进行介绍,然后对在近年来的诸多新兴热点算法加以归纳总结.这些热点算法对差异图的生成以及阈值、聚类、图切和水平集4种常用的差异图分析法进行了不同程度的研究,将传统方法针对变化检测任务进行了相应改善,取得了良好的效果.在由浅入深地介绍了这些算法的同时也进行了理论上的分析对比.为了验证这些方法的有效性,使用了2组数据集对这些方法进行了测试,定量比较了一些方法的性能.最后针对目前SAR影像变化检测技术中需要进一步研究的内容作了展望.

具有模糊约束的机械结构优化设计

运用模糊优化理论,建立了具有模糊约束的机械结构优化设计数学模型,结合有限元方法,将含有模糊约束的优化问题转为普通优化来处理.算例结果表明:所采用的模糊优化方法能够体现问题的模糊性和工程结构的实际性.

模糊优化方法在机构设计中的应用

将模糊数学理论和有限元法相结合建立了某型三轴仿真转台的结构优化模型。在优化过程中,采用一种改进的水平截集法来考虑模糊约束的影响,从而调整了最优解在空间的位置,可求得比传统优化方法更为合理的数学解。模糊优化方法为三轴转台的结构设计提供了一定的依据。

基于图割和水平集的肾脏医学图像分割

肾脏医学图像分割是医学图像分析和非侵入式计算机辅助诊断系统中的关键步骤。从CT、MRI图像中分割出肾脏及肾皮质,计算其体积和皮质厚度等信息,有助于评估肾脏的功能,从而制定相应的治疗方案。根据肾脏序列图像相邻切片之间结构灰度分布的相似性,提出了一种基于图割和水平集方法的自动肾脏及肾皮质分割方法。选取皮质区域具有足够对比度和清晰度的切片为初始参考图像,使用霍夫森林算法检测肾脏区域,对前景、背景进行均值聚类以估计其灰度分布,获取图割模型能量函数,分割出肾脏整体;通过形态学处理得到相邻切片肾脏的分割候选区域,重复上述分割。以此初步分割结果作为水平集方法的初始轮廓,进一步分割得到三维的肾脏整体和肾皮质区域。实验结果表明,基于图割和水平集的肾脏分割方法能够比较准确地分割出肾脏及肾皮质。

汽车起重机箱形伸缩臂的模糊优化设计

本文对汽车起重机箱形伸缩臂的截面尺寸进行了模糊优化设计,使其在满足各种强度、刚度、稳定和尺寸约束条件下,伸缩臂的重量最轻。考虑了影响设计的模糊因素和约束条件的模糊性;建立了非对称模糊优化模型;采用最优水平截集法求解,并用二级模糊综合评判确定最优水平值;编制了相应的通用微机程序。对某厂QY20A-81型汽车起重机箱形同步伸缩臂的优化结果表明,效果比较显著,其重量比原设计降低11%以上。

扩展的结构模糊优化设计方法

根据实际工程优化设计问题的特点，为了充分考虑工程结构优化设计的模糊性，本文提出了向量水平截集法和权重最大最小法，可以方便地处理目标函数和约束函数的重要程度，并给出了方法的几何解释，通过一个实例验证了该方法的正确性。

模糊C均值聚类与多相水平集图割优化相结合的图像分割

针对在分割多个目标时多相水平集模型对初始轮廓曲线敏感且计算量大的问题,提出采用模糊C均值聚类算法将图像进行粗分割,初始化多相水平集函数,使用图割算法分割出多相结果的方法。该方法能有效减小多相水平集算法对初始轮廓曲线的敏感性,使图割算法在分割图像时更容易分割出理想的目标轮廓;同时,采用图割算法可使水平集函数很快收敛到能量最小值,有效减少计算量,提高计算效率。实验表明该方法具有较好地分割效果和较高地分割效率。

基于灵敏度分析的大规格床身结构模糊优化设计方法

提出了采用模糊数学理论和有限元法相结合建立具有静、动态模糊约束的大规格数控车床床身结构优化数学模型新方法.该方法将模糊逻辑推理理论运用于床身结构灵敏度分析中,构建了灵敏度模糊集,实现了最佳模糊设计变量的选取,并应用一种改进的最优向量水平截集法评估模糊约束的重要性,避免了最优解的丢失.优化结果表明,采用所提模糊有限元优化方法可求得比常规优化方法更为合理的数学解,能体现工程问题的模糊性,为复杂机械大件结构的优化设计进行了有益的探索.

基于局部图划分的多相活动轮廓图像分割模型

几何活动轮廓模型是图像分割领域的强有力工具。最近,一种基于成对相似性的图划分活动轮廓(GPAC)模型被提出,并有效应用于均质图像分割。但是,该模型的连接权函数仅与图像光谱相关,使得模型在低对比度模糊图像的应用存在较大局限,同时,成对相似性的计算量大,模型的数值实现效率不甚理想。针对这些问题,该文引入测地核函数定义连接权函数,结合多相水平集,提出了基于局部图划分的多相活动轮廓图像分割模型。自然图像的实验结果证明了该模型的有效性。

一种结合图割与双水平集的图像分割方法

针对水平集方法在图像分割中需要多次迭代,且计算量大的问题,提出一种基于图割与双水平集的图像分割方法。首先在目标边界内外部各设置一条初始轮廓线和一个阈值,通过双水平集方法对轮廓线进行演化。当轮廓线的能量变化率小于给定阈值时,终止水平集演化。将得到的两条轮廓线化为源点和汇点,通过图割方法得到最终目标边界。该方法有效减少了水平集迭代次数,提高了分割效率,而且给出了一种终止水平集迭代的方式。实验表明该方法具有较好的分割效果和较高的分割效率。

基于图割与改进水平集的目标提取方法

在Li模型的基础上引入C-V模型外部能量项重新构造能量函数,给出一种结合区域与边缘信息的变分水平集模型,结合基于图割理论的GCBAC算法,提出一种图割与改进变分水平集结合的目标提取方法。该方法能够让2种模型有机结合达到优势互补的效果。实验结果表明,该方法具有快速、鲁棒、抗噪性强等优点。

L-Fuzzy子格群的若干刻画

在 L是完全分配格时 ,讨论 L- Fuzzy子格群的一些特征性质。特别地 ,借助 L- Fuzzy集的几种水平截集给出它的若干刻画。最后给出这些刻画的一个应用。

基于图割的单水平集迭代终止算法

针对C-V模型中变分水平集优化方法存在的最佳迭代次数难于确定,且容易陷入局部最优等不足,借鉴图割算法在较短时间内能得到全局最优的优势,提出一种基于图割的单水平集迭代终止算法。首先在目标区域设定一条初始轮廓线,采用无须重新初始化的C-V模型对轮廓线进行迭代,当轮廓线内部面积变化值小于预先给定的阈值时终止迭代,然后将此轮廓线作为图割算法的初始轮廓线进行图像分割。实验结果表明,该方法较原始C-V模型大大缩短了迭代时间,稳健性更高,具有较好的图像分割效果。