基于多分辨率-多边形单元建模策略的多材料结构动刚度拓扑优化方法

利用多边形有限单元的高精度求解优势,融合多分辨率拓扑优化方法,实现粗糙位移网格条件下的高分辨率构型设计,由此提出多材料结构动刚度问题的拓扑优化方法。将多边形单元(位移场求解单元)劈分为精细的小单元,构造设计变量与密度变量的重叠网格,形成多分辨率-多边形单元的优化建模策略;以平均动柔度最小化为目标和多材料的体积占比为约束,建立多材料结构的动力学拓扑优化模型,通过HHT-α方法求解结构动响应,采用伴随变量法推导目标函数和约束的灵敏度表达式,利用基于敏度分离技术的ZPR设计变量更新方案构建多区域体积约束问题的优化迭代格式;通过典型数值算例分析优化方法的可行性和动态载荷作用时间对优化结果的影响机制。

基于网格的多点在多边形内高效判定方法

提出一种基于网格的点(多点)在多边形内高效判定方法。预处理阶段使用数值微分法(DDA)结合边界代数法,快速识别边界网格并分割出多边形边片段,同时标记网格左下角点位置属性;当待判定点位于非边界网格内时,根据预处理结果直接判定;位于边界网格时,对边界网格分块后再判定。实验结果表明,该预处理方法高效快速且边界网格分块法有效缩减了判定时间。此方法适用于凹凸多边形、自相交多边形以及环状多边形,相较现有算法优势明显,100万个点在28012条边的多边形中判定用时约0.04 s。

防空作战中多边形责任区预警机空域配置方法

针对防空作战中不规则多边形责任区预警机空域配置问题,基于预警机巡逻航线最短直飞距离和最小转弯直径所形成的实时探测区,通过寻优算法确定预警机责任子区和相应的预警机巡逻可用空域,再基于预警机稳定覆盖度评估准则,对其空域配置进一步寻优,得到预警机空域配置优化方案。通过算例仿真验证了此种方法在不规则多边形责任区中规划预警机空域配置的可行性和提升作战效能的有效性,其方法具有较强的实用价值和军事价值。

泰森多边形多孔结构髋臼杯初始稳定性研究

目的 分析泰森多边形多孔结构髋臼杯与实体髋臼杯的初始稳定性差异,探究泰森多边形结构多孔层对髋臼杯初始稳定性的影响及其在预防松动脱位方面的作用。方法 通过Grasshopper设计孔隙率分别为60%、70%的泰森多边形多孔结构支架,利用选区激光熔化技术(selective laser melting, SLM)制备实体髋臼杯与孔隙率为60%、70%多孔髋臼杯样件,在相同条件的聚氨酯块模型中进行杠杆试验,分析对比3组样件的最大撬出力矩、偏转角度、界面刚度。结果 在压入力无明显差异的情况下,孔隙率为60%、70%多孔髋臼杯的最大撬出力矩分别比实体髋臼杯高278.82%、320.56%,偏转角度比实体髋臼杯高194.04%、269.23%,界面刚度比实体髋臼杯高18.58%、7.88%。杠杆试验完成后,多孔髋臼杯所用的聚氨酯块半球腔内出现明显磨损。结论 泰森多边形多孔结构髋臼杯的初始稳定性指标均高于实体髋臼杯,说明泰森多边形结构多孔层能提高髋臼杯的初始稳定性。研究结果能够为髋臼假体的设计与选型提供一定参考。

基于轨迹线改进的临界多边形算法

在异形件的下料排样问题中,最为困难的就是求解裁片在板料中的位置以保证材料较高的利用率,算法复杂度随着料片数量和料片轮廓复杂度的增加迅速上升。临界多边形算法是计算异形件之间靠接位置和重叠关系的一种基础性几何工具,临界多边形算法的性能与下料排样算法效率密切相关。本文在基于轨迹线的求解临界多边形算法基础上,提出一种求解临界多边形(NFP)的改进算法。该算法有效地将移动碰撞算法和轨迹线算法相结合,充分发挥两类算法各自的优点,提高了临界多边形求解的计算速度。仿真实例验证了改进方法的正确性和有效性。

含界面过渡区随机分布多边形骨料沙漠砂混凝土高温后抗压强度研究

为研究试件尺寸、界面过渡区(ITZ)厚度及强度、沙漠砂替代率(DSRR)对沙漠砂混凝土(DSC)经历高温后抗压强度的影响,将DSC看作三相复合材料,建立含ITZ随机分布多边形骨料有限元模型,利用ANSYS对高温后DSC单轴受压破坏过程进行数值模拟。结果表明:模拟结果与试验结果误差在-2.59%~3.13%,吻合良好。高温后DSC抗压强度随试件尺寸增大而减小,强度下降范围为1.44%~4.13%;抗压强度随ITZ厚度增加呈逐渐减小趋势;随着ITZ强度增加,抗压强度基本呈线性增大趋势;抗压强度在DSRR为40%时最优,研究结果可为DSC工程应用提供理论依据。

车轮多边形磨耗对地铁列车蠕滑特性的影响分析

为研究车轮多边形磨耗对轮轨接触蠕滑特性的影响,依据多体动力学理论和滚动接触理论,建立基于地铁列车参数的多体动力学模型,并计算多工况下车轮踏面磨耗指数,分析车轮多边形阶数和幅值变化对轮轨力、蠕滑率和蠕滑力等特性的影响,结果表明:蠕滑率以及蠕滑力会随车轮多边形阶数和幅值的上升而增大;车轮踏面磨耗随地铁列车运行里程的增加而逐步增大。使用轮轨垂向力指标,根据车速小于160 km/h,轮轨力应不大于200 kN的标准,确定地铁列车80 km/h运行速度下3~23阶多边形幅值安全限值,结果表明多边形幅值安全限值随阶数增加呈下降趋势。

多边形沙地挖坑植树机设计与转动性能分析

为了改善土地荒漠化的问题,降低植树造林对人力的依赖性,提高造林的效率和质量,设计一台用于沙地的多边形挖坑植树机。基于三维建模软件UG软件设计出一种适用于沙地的多边形挖坑植树机的几何模型,通过动力学分析推导出拉动旋转框架所需的拉力,并导入动力学仿真软件ADAMS进行了动力学仿真分析,得到旋转框架转动过程中质心位移曲线、绕转动轴力矩变化曲线和质心速度变化曲线,从而为旋转框架转动过程提供了分析的依据并验证方案的可行性。

广义多边形凸包弹性线递支模拟算法

针对诸多领域涉及的平面弯曲图形的凸包计算,提出弹性线递支模拟算法用于计算简单闭广义多边形的弹性包络线。所提算法基于物理模型,通过判断各支点是否受力平衡来判别其是否为弹性包络线上的平衡支点,并据此分别进行前进、回弹和跳跃等操作,直至计算出所有平衡支点进而求出其弹性包络线。3种典型的简单闭广义多边形的对比测算表明:所提算法可实时稳健地求解平面任意简单闭广义多边形的弹性包络线,具有高效性和普遍适用性。

正多边形微孔织构化端面密封性能数值计算

针对表面织构提升机械密封端面的流体动压和密封性能的问题,提出了一种正多边形表面织构,通过建立正三边形、正四边形与正五边形织构的密封端面模型;利用数值模拟的方法计算了正三边形、正四边形与正五边形织构的密封端面的流体压力分布;研究了正多边形织构对机械密封的密封性能的影响规律。结果表明:当织构面积比S=(12~16)%,织构深度h_(p)≈3μm,密封间隙h_(0)≈2μm时,正三边形、正四边形与正五边形织构的密封端面的密封性能较好;正五边形织构与正三边形织构和正四边形织构相比,在高压一侧有较大的高压区域;正五边形织构相较于正三边形织构、正四边形织构有较好的密封性能。

激光表面淬火对车轮多边形萌生及发展影响试验研究

车轮多边形磨损是影响列车服役可靠性的常见异常磨损形式,而激光淬火是提高金属材料耐磨性能的新型技术,但目前关于激光淬火对车轮多边形的影响尚未深入研究.因此,本文中将研究激光淬火对车轮多边形萌生与发展的影响规律,探讨利用激光淬火技术抑制车轮多边形的可行性.首先利用激光器对车轮试样进行点状淬火和全表面淬火,利用MMS-2A微机控制摩擦磨损试验机进行轮轨滚动磨损试验,分析轮轨系统振动频率、车轮试样磨损表面宏观形貌、廓形、多边形阶数以及材料损伤等,探明激光淬火对车轮多边形形成的影响.结果表明:在车轮试样表面沿圆周方向均匀地进行12个和16个点状淬火时,滚动磨损试验中车轮试样分别萌生出12阶和16阶多边形,并激发出严重的轮轨系统振动,最终在15万转时产生较大波深的车轮多边形.对车轮表面进行全表面淬火处理时,滚动磨损试验过程中始终无车轮多边形产生.在此基础之上,本文作者对未淬火车轮试样进行6万转滚动磨损试验以形成多边形磨损,然后对多边形车轮试样进行点状淬火(波谷处淬火)和全表面淬火,继而进行轮轨滚动磨损试验.研究表明:对多边形车轮试样波谷区进行淬火强化后,多边形发展表现出先放缓后加快的现象,波谷逐渐转变为波峰;对多边形车轮试样进行全表面淬火强化后,多边形继续发展,运行15万转后多边形波深呈轻微下降趋势.研究结果对车轮多边形磨损控制技术研究具有理论指导意义.

考虑车轮多边形的动车组车轴疲劳寿命预测

以某型高速动车组车轴为研究对象,基于考虑轮轨柔性的车辆轨道刚柔耦合动力学模型、轮对有限元模型和多轴疲劳模型,以实测多边形磨耗为输入,在速度300 km/h下分析了多边形磨耗对车轴疲劳损伤的影响。研究表明:在多边形磨耗的影响下,轮对受载状态剧烈波动并具有显著的周期性,且受载波动情况与多边形磨耗阶次相关。在18阶多边形磨耗影响下,高速动车组车轴的服役寿命降低至22年,小于《铁路动车组运用维修规程》规定的车轴设计寿命。

基于点多边形的混合坐标

为了构造非负且光滑的广义重心坐标,提出一种基于点多边形的混合坐标构建方法.首先将原多边形三角剖分,计算所有网格顶点的重心坐标,并确定每个网格顶点的点多边形;然后分别计算原多边形内点关于其所在三角形的点多边形的重心坐标与混合系数,根据以上计算结果得到混合坐标;最后使用迭代坐标或调和坐标计算网格顶点的重心坐标,用均值坐标和迭代坐标计算原多边形内点关于点多边形的重心坐标.数值实例采用多个多边形的等高线图,以及其不同重心坐标的非负区域、光滑性、纹理映射对比,表明所提方法具有良好的光滑性,且在任意多边形内部具有非负性.

基于广义重心坐标的多边形域Coons面片

为了提高曲面“补洞”效率,提出多边形域Coons面片,继承了构造双线性Coons面片的布尔和方法,是双线性Coons曲面在凸多边形域上的直接推广.利用双线性坐标改写双线性Coons面片,将参数域推广到凸多边形域,用凸多边形域上的广义重心坐标代替矩形域上的双线性坐标,构造多边形域Coons面片.理论推导和数值算例表明,所提的多边形域Coons面片具有边界插值性,构造简单,计算高效,能够部分解决“补洞”问题.

重力坝地震断裂的多边形比例边界有限元模型研究

为研究重力坝的地震断裂破坏机理,基于线弹性断裂力学和多边形比例边界有限元法(Polygon SBFEM)提出一种全自动的重力坝动态断裂分析模型。该模型继承了SBFEM在断裂分析中高精度和高效率的优势,通过建立多边形比例边界有限单元广义动态应力强度因子的时域分析方法实现任意时刻断裂参数的求解,并结合裂缝扩展准则可实时判定裂缝稳定性;对达到临界状态的裂缝采用多边形网格局部重剖分技术,开发了考虑裂缝张开-闭合行为的动态接触模拟算法,进而实现了裂缝动态扩展高效自动化模拟。以Koyna重力坝为研究对象,考虑大坝库水动力相互作用,模拟了地震作用下坝体裂缝扩展过程,获得了断裂路径,验证了模型的正确性。其后,进一步探讨了数值模型中网格密度和裂缝扩展步长等因素的影响,结果显示仅用粗网格即可获得满意的计算结果,且三种裂缝扩展步长模拟的大坝裂缝扩展轨迹接近,但随着裂缝扩展步长增大,大坝更早失效破坏。研究成果可为混凝土坝的地震断裂分析提供有力的技术手段。

ER8车轮钢多边形磨耗的滚动摩擦试验研究

用光镜和扫描电镜结合EDS分析和残余应力测试,研究在滚动干摩擦条件下ER8车轮钢多边形磨耗的表面磨损形貌以及磨损对表面残余应力的影响。结果表明:在有明显多边形磨耗的车轮试样上,波峰处磨损损伤形式以疲劳磨损为主,伴有磨粒磨损和粘着磨损,波谷处主要磨损损伤形式为疲劳磨损和粘着磨损。磨损表面粘着块的主要成分为氧化物,说明在车轮试样磨损表面有氧化磨损的发生,波谷处的氧化磨损程度大于波峰处。波峰波谷表面残余应力是压应力,且波峰位置的残余压应力略大于波谷位置的残余压应力。

贝塞尔光束透射多边形二元振幅光阑的理论研究

本文提出一种多边形二元振幅光阑,并将其应用于压制贝塞尔光束在自由空间传输过程中的光强振荡。利用严格的数学推导,得出多边形二元振幅光阑的等效振幅透射系数公式。通过对贝塞尔光束轴上光强的优化设计,得到多边形二元振幅光阑的最佳结构参数。基于完全的瑞利-索莫菲方法的数值模拟结果显示,优化设计的多边形二元振幅光阑,不仅沿光轴方向,而且在垂直于光轴的横截面内,均很好地压制了贝塞尔光束的光强振荡。相比于现有文献中的渐变振幅光阑或心形二元振幅光阑,本文提出的多边形二元振幅光阑具有加工简单、成本低廉的优势,将为贝塞尔光束在实际光学系统中的广泛应用提供重要的指导价值。

基于 Kirchhoff 指标的极值多边形链

令 G 是一个简单连通图。 图 G 的 Kirchhoff 指标是图 G 中所有顶点对之间的电阻距离之和。 图 G 的电阻距离等效于将图 G 中的每条边替换为一个单位电阻后得到的电网络 N 中任意节点对之间的 有效电阻。 一个包含 n + 2 个多边形和 n + 1 个四边形的链,使得其中每个四边形的两条平行边各 与一个多边形有一条公共边,这样的链被称为多边形链。 本文利用电网络的标准技术和 S, T -同分 异构体的 Kirchhoff 指标的比较结果,刻画了 Kirchhoff 指标达到最大的极值多边形链为线性多 边形链 Ln, Kirchhoff 指标达到最小的极值多边形链为螺旋多边形链 Dn。 此结果推广了杨玉军 等人以及张雷雷刻画的基于 Kirchhoff 指标的极值亚苯基链的结果。

基于多边形特征池化与融合的复杂文本检测

文本检测在图像理解中发挥着重要的作用。基于深度学习的文本检测是当前的主流算法,包括单阶段方法和双阶段方法两类,而且后者的检测精度往往高于前者。双阶段的检测方法通常包含感兴趣区域特征池化操作,为进一步的检测和识别任务提供特定维度的局部区域特征。然而对于弯曲文本等复杂文本区域来说,现有的基于矩形感兴趣区域的池化方法不再适用,而基于点特征替代区域特征的方法又损失了空间信息。针对该问题,提出了一种基于多边形特征池化和Transformer的复杂文本区域检测方法。首先,将复杂文本区域检测中感兴趣区域进行多边形特征池化,将池化操作的区域形状从矩形拓展到多边形并且不需要借助其他形状进行拟合,即可将多边形区域对应的特征池化为固定维度的特征序列,避免了拟合过程中出现误差。进而,将池化后的特征视为具有空间关系的序列,然后利用Transformer融合视觉特征之间的上下文关系,降低训练难度,提升检测精确度。在包含弯曲文本等复杂文本情况的ICDAR2015、MLT、Total Text和CTW1500数据集上的测试实验结果表明,提出的双阶段检测算法能更好地提取感兴趣区域特征,并取得了比现有方法更好的检测结果。

车轮多边形磨耗对车桥耦合振动响应的影响

为探究车轮多边形磨耗对车桥耦合系统振动响应的影响规律,采用ANSYS和SIMPACK联合仿真方法,以国内某高速列车和铁路简支梁桥为原型,建立车桥耦合振动分析模型,把轨道不平顺和车轮多边形磨耗作为系统的输入激励,对车桥耦合系统的振动特性展开研究。结果表明:车轮多边形磨耗对车桥耦合系统的振动响应影响显著;3阶车轮多边形磨耗使轮重减载率增大67.7%,严重降低了列车行驶的安全性,也使桥梁跨中横、竖向加速度分别增大2.74倍和2.27倍;车桥耦合振动响应随着车轮多边形磨耗幅值、阶数的增大而增大,当车轮多边形磨耗幅值由0.02 mm增大至0.08 mm时,列车轮重减载率、桥梁跨中横向和竖向加速度、钢轨中点横向和竖向加速度分别增加76.5%、174%和127%、47.3%和83.1%;当车轮多边形磨耗阶数由1阶增大至4阶时,列车轮重减载率、桥梁跨中竖向加速度、钢轨中点横向和竖向加速度分别增加116%、389%、82.0%和170%。特别地,列车以200 km/h速度运行时,3阶车轮多边形磨耗引发桥梁横向共振使得桥梁跨中横向加速度显著增大,是4阶车轮多边形磨耗作用时的2.74倍。