近断层地震作用下高速铁路大跨连续刚构桥易损性研究

为探究近断层地震作用下高速铁路大跨连续刚构桥的抗震性能,基于工程需求(EDP)符合对数高斯分布假设获取全桥损伤曲线,提出一种桥梁地震损伤危险性分级方法。在此基础上,考虑桥上无砟轨道的刚度效应,采用OpenSees有限元软件建立了某高速铁路大跨连续刚构桥的轨道-桥梁(线-桥)一体化非线性有限元模型;由80条近断层地震动实录波组成地震动数据库,采用基于概率需求的易损性分析方法详细分析了该高速铁路大跨连续刚构桥的抗震性能。结果表明:对于研究计算条件,近断层地震动速度峰值(PGV)与工程需求间的相关性较强;近断层地震作用下高速铁路连续刚构桥的边支座易出现轻微损伤,当遭遇中高强度(PGV>100 cm/s)近断层地震动时桥梁关键截面的屈服概率较大,当PGV为200 cm/s时桥梁结构会受到严重破坏,而当PGV为300 cm/s时桥梁有极大可能发生完全破坏甚至出现倒塌。研究成果可为近断层区域高速铁路连续刚构桥的抗震设计提供参考。

Bionic Attitude Transformation Combined with Closed Motion for a Free Floating Space Robot

In order to realize the small error attitude transformation of a free floating space robot,a new method of three degrees of freedom（ DOF） attitude transformation was proposed for the space robot using a bionic joint. A general kinematic model of the space robot was established based on the law of linear and angular momentum conservation. A combinational joint model was established combined with bionic joint and closed motion. The attitude transformation of planar,two DOF and three DOF is analyzed and simulated by the model,and it is verified that the feasibility of attitude transformation in three DOF space. Finally,the specific scheme of disturbance elimination in attitude transformation is presented and simulation results are obtained.Therefore,the range of application field of the bionic joint model has been expanded.

基于TruckSim矿用汽车转向工况侧倾运动特性分析

车辆发生转向时,由于离心力的作用而产生侧倾运动,空载高速转向时该部分作用将更为明显,进而影响车辆平稳运输。根据悬挂系统的特性差异,对所研究矿用汽车前后悬挂的侧倾中心和侧倾轴进行分析;基于以上分析,对转向时的侧倾运动进行分析,获取关键参数的变化模型;根据理论分析结果,基于Matlab/Simulink建立车辆转向工况表征侧倾运动的分析模型;根据悬挂特性和转向特性,分别建立分析模型,与车辆多体动力学模型联合,基于TruckSim建立整车转向特征分析模型;分析在固定转向盘稳态回转试验时,车辆的行驶轨迹;对空载高速转向工况下,车辆内外轮转角特征曲线,悬挂刚度、位移、侧倾刚度等参数变化进行分析;对比分析考虑转向侧倾与否的转角特征及偏差与理论分析之间的差异,以验证分析的可靠性。结果可知:车辆内外侧悬挂缸出现伸缩跳动,此时出现了附加转向效应叠加在车轮上;车轮需要较大的侧偏角,满足侧向力的需要;此时,整车的转向角关系不单单满足Ackerman定理,还增加了轮胎的侧偏角;未考虑转向侧倾时,转角偏差值随着转角的增加而不断增大,最大偏差达到了0.4223°,而考虑时,转角偏差的目标值为0.3618°。因此表明,所建立的分析模型具有较好的分析结果,能够更精确的反应车辆转向过程中,侧倾运动各部分参数的变化,为此类研究提供参考。

基于动网格技术的飞机舱弹分离过程CFD/RBD耦合数值仿真

飞机舱弹分离瞬间特性严重影响导弹/炸弹的打击精度。采用计算流体动力学(CFD)和刚体动力学(RBD)模型耦合求解的数值仿真方法,应用网格弹性光顺和局部重构相结合的动网格技术,有效地避免了刚体运动而引起的网格畸变,仿真计算了炸弹舱弹分离后俯仰角度变化过程.仿真结果表明,舱弹分离时向炸弹施加1个合适的抛射力矩,有助于炸弹在下降过程中快速地调整其打击姿态。

GNSS数据处理中框架点的选取方法研究

总结一种确定刚体板块内稳定台站选取的方法,即首先分析各台站的数据质量,然后利用7参数法进行精选,并对精选台站进行监督分类,最后使台站空间分布均匀化,以此选择GNSS数据处理中的IGS框架点,以建立精确的地球参考框架。

智能交流接触器三维动态测试与分析

利用图像序列对智能交流接触器动态过程进行分析,是智能交流接触器动态过程分析研究中的一项关键技术。在直接线性变换和刚体运动模型的基础上,提出了基于高速摄像机拍摄的智能交流接触器运动部件动态过程的二维序列图像研究三维动态特性的测试方法。从序列图像中获取智能交流接触器运动部件的特征标记点,得到其二维动态特性。根据特征标记点的二维坐标值,以及刚体的运动方程和投影关系的约束方程,联合求解出智能交流接触器的三维空间运动参数。在大量测试的基础上,对智能交流接触器的三维空间动态特性进行综合分析。该测量技术和三维运动参数的算法是智能交流接触器三维动态特性研究的一种有效手段,是智能电器动态特性研究的新方向。

呼吸引起的肝脏运动模式分析

为补偿肝脏运动,分析呼吸引起的肝脏空间运动和形变,并尝试将其简化为刚性运动模型进行补偿.利用基于表面和基于互信息的3D-3D图像刚性配准方法分析4例肝脏空间运动的规律并进行补偿,比较使用手工分割肝脏轮廓和肝脏灰度信息进行配准的结果及其补偿效果,评估2种思路的可靠性,并进一步评价刚体运动模型简化的可行性.结果表明:刚性运动模型、简化的平移运动模型和矢状面2D运动模型在实际应用中具有可行性,此3种模型都可以补偿80%以上的呼吸影响;使用肝脏灰度信息比手工分割轮廓建模和补偿的结果更可靠.上述结论对在超声融合多模成像中快速建模和实时补偿呼吸对肝脏运动的影响有一定的参考价值.

刚体空间运动参数估计

本文发展了一种模型匹配估计算法,它具有较高的鲁棒性.根据已做的总数达一千二百万个不同空间点的实验显示:在采样总数N≤30时,只要有4到5对匹配正确的点就可以准确地估计出刚体空间运动的参数.这种高鲁棒性使得该方法能够用于多个刚体运动的分析.

基于刚性运动模型的全局运动矢量探测方法

针对帧间旋转图像序列的稳定处理,提出一种新的运动矢量探测方法.首先进行多区域的块匹配,得到不同区域的局部平移运动矢量;然后利用刚性运动模型,获得包含旋转角度的全局运动矢量.与平移运动模型相比,刚性运动模型更加符合帧间运动的真实过程,因而本方法具有更好的稳像效果.航拍图像处理结果表明,帧间峰值信噪比达到29.47 dB,比基于平移运动模型的方法提高2.02 dB.

捷联式猎雷声纳基阵动力学建模研究

运用刚体动力学原理和船舶运动建模理论，建立了以猎雷艇为动基座的声纳基阵动力学模型。在定义了所需的坐标系基础上，给出了声纳基阵各轴框架坐标系的速度及角速度矢量表示及刚体惯量矩阵在坐标系平移及旋转情况下的表示；根据动量矩定理导出了声纳基阵动力学模型，并对模型特性进行了分析。仿真结果表明了模型的正确性。本文为设计高精度的控制稳定系统提供了理论基础。

空中机动目标刚体运动建模方法

传统目标跟踪和识别算法通常建立在目标质点运动模型的基础上,其实现过程相对简单,但也存在精度不高的缺点。随着现代雷达、目标跟踪/识别技术的发展,以及各种高精度目标测量传感器的运用,建立更精确的刚体运动模型已成为一种必然需要。概述了国内外在空中机动目标刚体运动建模这一领域的研究现状,并详细介绍了当前常用的几种空中机动目标刚体运动建模方法,最后,根据分析总结了当前这些建模方法存在的缺陷,并指出了其可能的研究方向。

基于动作捕捉与刚体动力学的步行荷载重构与仿真

采用医学步态分析与动作捕捉技术开展了73人次3066组步行荷载实验,通过粘帖于实验者身体各部位共39个Marker点捕捉步行者各部位运动轨迹,建立了步行者的多刚体及单刚体(包括基于质心点轨迹的单刚质心点模型以及基于某特定Marker点轨迹的单刚特征点模型)动力学模型,可由体段的运动轨迹重构竖直方向及水平侧向步行荷载.多刚体及单刚体模型均可实现步行荷载竖向分量的高精度重构,其中单刚特征点模型使用方便且精度好,推荐用于竖向步行荷载的重构.对于水平侧向分量的重构,多刚体模型与单刚体质心点模型结果合理,而单刚体特征点模型不适用.基于实测数据,拟合了人体步行时质心竖直方向运动轨迹的傅立叶级数模型,并利用此模型进行竖向步行荷载的仿真,可用于大跨度工程结构的竖向人致振动舒适度分析问题.

重装空投系统的动力学建模与控制律设计

针对当前重装空投数学模型与实际系统存在偏差等问题,改进传统的分离体建模方法。将货物视作刚体考虑分析,修正了货物约束力的作用点,引入了牵引伞力作用方向,综合考虑了货舱地板角、摩擦系数等影响因素,提出更加精确的干扰力矩计算方法,建立更加贴近实际的重装空投动力学模型。设计了俯仰高度保持和速度保持控制律,并利用遗传算法选取了合适的控制律参数。仿真结果表明,所给出的控制方案能够有效地保持飞行轨迹和稳定飞机姿态。

非刚性运动分析方法的现状与展望

鉴于非刚体的运动分析业已成为计算机视觉中的一个重要应用领域,为了使人们对该领域的研究现状有个概略了解,首先基于微分几何上的高斯曲率变化,对不同非刚性物体(简称非刚体)进行了分类,指出可把所有运动物体分为8类;然后对该领域目前存在的各种算法进行归纳总结,指出可把它们分为基于特征的方法和基于形状模型的方法两大类,并讨论了这两类方法各自的优势和不足之处;最后分析了该领域面临的困难,并展望了它未来可能的发展方向。同时指出,非刚性运动的视觉分析虽是一个蓬勃发展的研究领域,但目前仍处于初期阶段,因为近年来所进行的工作只是涉及众多困难问题中的较少部分,而且现有的各种模型和算法都还很不完善,人们还远未找到解决非刚性运动视觉分析问题的最有效的途径,但已有成果表明,一些相关研究领域,如语音识别和计算机图形学将会对该领域的发展提供帮助。

2自由度柔性构件运动特性研究

提出一种在工程应用中既产生弯曲变形又产生拉伸变形的2自由度柔性构件的伪刚体模型分析方法,讨论单一弯曲自由度柔性构件和2自由度柔性构件不同的变形特点,2自由度柔性构件的变形运动是弯曲运动和轴向直线拉伸运动的复合运动,柔性构件与刚性构件连接处的角变形不为零,而是θ角度,在分析2自由度柔性构件运动特点的基础上,建立具有扭转弹簧常数K1和轴向拉伸弹簧常数K2来模拟其变形能力的伪刚体模型,进行了2自由度柔性构件最大应力分析,并给出一个工程应用示例。

火箭航行器水中运动数学模型

根据火箭航行器水下垂直发射空间运动的特点 ,利用理论力学 ,流体力学及航行力学的基本理论 ,推导建立了变质量的火箭航行器水中运动数学模型 。

大型浮筏隔振系统刚体运动模型研究

采用大型浮筏隔振系统对船舶设备进行集中隔振是目前技术发展的趋势,这种系统隔振器数量多且结构复杂,采用有限元模型进行计算效率较低。针对大型浮筏隔振系统的设计需求,建立了系统的六自由度刚体运动模型,适用于计算任意形式隔振系统的各种静态、准静态、刚体模态和冲击响应特性计算,特别适用于大型浮筏隔振系统的方案设计,可大幅提高计算效率。

水下爆炸冲击波作用下船体刚体动态响应特性

为对船体在水下爆炸球面冲击波作用下的刚体动态响应特性进行研究,提出了一种药包在水下任意位置时船体在球面冲击波作用下的刚体运动求解方法。通过实尺度舱段水下爆炸试验及实船试验验证了理论方法的正确性,最后利用该理论探讨了刚体运动对舰船总体响应的影响。结果表明,船体在水下爆炸过程中的刚体运动速度对舰船总体速度响应有较大影响,由此产生的刚体运动动能在结构整体响应研究中不可忽略。分析结果为舰船在水下爆炸过程中的刚体运动分析及舰船局部结构强度考核试验的进行提供了参考。

纳米级定位精度弹性位移缩小机构的仿真与实验

研究了一种具有纳米级定位精度的弹性位移缩小机构.该机构采用柔性铰链杠杆结构,这种弹性位移缩小机构可以将传统螺母丝杠系统精度提高到纳米级,同时非线性、迟滞误差小.首先采用刚体模型建立了弹性位移缩小机构的理论模型;然后运用ANSYS有限元软件分析了弹性位移缩小机构的特性;最后使用双频激光干涉仪对弹性位移缩小机构的输出特性进行了测量.理论与实验结果表明,理论模型可以较好地反映输入与输出的关系,可作为设计弹性缩小机构缩小率的重要依据;有限元模型计算结果与实验结果接近;实验结果表明,该装置行程可达10μm,分辨率可达10nm.

求解结构地震响应位移输入模型存在的问题及其AMCE实效对策

提出一种实效方法-刚性无质量束缚元AMCE(Appended Massless Constraint Element)法,以解决地震地面运动作用下求解结构响应的位移输入模型中容易而不容忽视的问题。首先对位移输入模型进行了详细分析,明确指出当前位移输入模型在理论上会导致计算结果具有不稳定性和不可靠性,进一步通过算例对此加以说明;针对此问题,提出了AMCE解决方法,并对本方法进行物理角度解释、理论分析和数值验证。结果表明,AMCE法不仅物理概念清晰、简单可行,而且具有足够的计算精度。