基于勒让德-扫描法的机械结合部法向接触刚度区间分析

由于机械结合部实际接触时存在诸多不确定因素,利用传统接触刚度模型对机械结合部进行分析时,难以确定其法向接触刚度的合理区间。为此,将微凸体曲率半径、分布密度和微凸体高度方差视为不确定性参数,基于KE弹塑性接触刚度模型和勒让德-扫描法,建立结合部法向接触刚度区间模型并进行求解。通过与接触刚度试验数据及传统模型求解结果的对比,验证了该模型的有效性和准确性。基于该模型对结合部法向接触刚度进行分析,结果表明:勒让德-扫描法具有较高的求解精度,粗糙表面形貌参数不确定性对于结合部法向接触刚度有着明显影响,且随着无量纲接触距离的减小,影响程度逐渐增加,其中微凸体高度方差的不确定性对粗糙表面法向接触刚度影响程度最大。机械结合部法向接触刚度区间模型的建立与分析,可为结合部的研究提供参考。

基于点云数据的大曲率工件表面法向计算方法研究

航空航天构件装配制孔时对垂直度有严格要求,采用机器人等自动设备制孔时,为保证垂直度需要对每一个制孔位置的法向进行在位测量。现有的工件表面法向测量方式难以适应大曲率工件表面的测量需求。通过线激光扫描,可以获得反映工件局部表面详细信息的点云数据,在此基础上提出一种大曲率工件表面法向计算方法。首先研究了通过主成分分析(PCA)对局部点云数据进行平面拟合获得曲面法向的方法,然后选取了若干典型曲率,通过仿真生成点云数据,并分析了法向拟合误差的变化规律。通过试验验证了上述方法的有效性,结果表明,当点云选择范围在12mm以下时,直径为50mm的圆柱试验件的法向拟合误差可以保证在0.219°以下。

岩石球砾与平板碰撞法向恢复系数

落石法向恢复系数是运动轨迹分析的关键参数。为研究碰撞速率和材料参数对落石法向恢复系数的影响,基于球板碰撞模型,在考虑材料弹塑性基础上建立岩石球砾法向恢复系数理论模型,并利用ABAQUS模拟球板碰撞过程,监测岩石球砾碰撞前后速率的变化。研究结果表明:数值模拟结果与理论计算结果吻合较好,最大差值在5%以内。随着碰撞速率的增大,岩石球砾法向恢复系数逐渐降低,且下降速率逐渐减小;球砾法向恢复系数随着弹性模量的增加而减小,随着弹性极限的增加而增大,且均呈线性关系;泊松比对球砾法向恢复系数影响较小。

基于圆锥微凸体的结合面法向刚度改进模型

为了使结合面接触特性模型更具准确性,将粗糙接触表面微凸体等效为圆锥形微凸体,运用改进的W-M函数模拟粗糙表面三维形貌,修正了微凸体接触半径,且考虑域扩展因子对截面积分布函数的影响,建立了结合面法向接触刚度模型,并对模型进行仿真,分析了结合面形貌参数对法向接触刚度的影响。最后,将模型与真实试验数据以及以往模型做对比,证明了所建模型运用于实际结合面法向刚度数值计算的精确性,进一步证实了所建模型的可行性。所建模型有助于对结合面接触刚度进行更精确的预测,并为相关机械结构改进提供了依据。

基于大数据挖掘的激光点云边界法向矢量提取方法

激光点云边界法向矢量提取过程中点云边界数据难以精准配准,导致提取精度和效率较差。为了更加准确的对激光扫描信息实施分析,提出了基于大数据挖掘的激光点云边界法向矢量提取方法。该方法首先通过摄像机对激光点云实施标定,获取激光点云图像,通过主成分分析、曲面拟合以及滤波算法对获取图像实施去噪处理,最后对图像实施灰度化以及高斯滤波处理,同时结合大津阈值法提取图像中心点法线方向上的灰度中心,以此实现对激光点云边界法向矢量的提取。经试验验证,所提方法提取的法向矢量夹角特征与理想状态下的夹角特征基本一致,且提取效率高、迭代误差小。

糙面土工膜表面微凸体的法向变形规律

土工膜在垃圾填埋场衬垫系统中具有重要作用,其中糙面土工膜(GMX)与无纺土工织物(GT)的界面强度较低且极易发生滑坡。糙面土工膜表面分布着高度不均且随机分布的微凸体,而微凸体的细观力学特性决定了GMX/GT的界面强度。本文利用改进的大型直剪仪对GMX/GT界面进行了单轴压缩试验,并用轮廓仪测量了压缩前后的土工膜表面轮廓高度。将GMX/GT的接触模型进行简化,研究了在法向载荷逐渐增加时的粗糙表面微凸体的法向变形规律。通过将理论结果和试验结果进行对比,明确了土工膜表面微凸体的变形过程,从细观角度揭示了糙面土工膜的法向变形机理。

基于任务剖面的法向量位置模型阻尼切换算法

为提升潜航器深远海复杂环境下的导航定位精度,提出一种基于任务剖面的法向量位置模型的阻尼切换算法。设计了外阻尼、内阻尼和无阻尼之间的阻尼切换策略,将潜航器机动状态和多普勒计程仪(DVL)测速精度共同作为阻尼切换判据,引入模糊控制器以增强系统的鲁棒性。算法提高了系统的环境适应性并减小了频繁阻尼切换引起的超调量。基于任务剖面设计了三种典型场景:潜航器大机动、洋流剧烈波动和遇到反潜声呐关闭DVL,蒙特卡洛仿真验证了算法的有效性。基于北极实际航行数据的离线测试表明,相对传统外阻尼与无阻尼切换方法,所提方法的定位误差均方根和最大值分别减小15.09%和9.33%。

单轴压缩试验法向临界阻尼比对岩石宏观参数的影响研究

为研究法向临界阻尼比对岩石的宏观参数的影响,基于单轴压缩试验,采用PFC^(2D)数值模拟软件,通过前期标定,完成试样模型的建立,并通过改变法向临界阻尼比,研究其对峰值强度、弹性模量、泊松比、试样能量损耗的影响,同时观察试样破坏形态的改变。结果表明,法向临界阻尼比对峰值强度、泊松比影响较大,对弹性模量影响较小,随着法向临界阻尼比的增大,试样的能量损耗和破坏形态都有先减少后增大的趋势。

直线方向向量与平面法向量教学课例

“直线的方向向量与平面的法向量”上承空间向量数量积,下接空间角的计算,在空间向量上起着承上启下的作用.内容对优等生固然简单,但对学业底子薄的学生却存在一定困难.本文以农村高中学生为授课对象,研究如何设计教学帮助数学底子薄的学生掌握学习内容.

恒定法向刚度边界下含陶粒砂砂岩裂隙剪切力学特性研究

含支撑剂砂岩裂隙的剪切行为对致密气开采具有重要影响。通过开展不同边界条件下两种粗糙砂岩剪切试验,探究法向应力(1~6 MPa),法向刚度(0~5 GPa/m),初始法向应力(2~6 MPa),支撑剂尺寸(16/30目,20/40目,30/50目)对含陶粒砂砂岩裂隙剪切特性的影响。结果表明:加入陶粒砂后,裂隙面的峰值摩擦角减小,剪切刚度及峰值剪应力降低,并且剪缩量增加,剪胀量减小;随着法向应力的增加,剪切强度提高。在恒定法向刚度(CNS)边界下,随着法向刚度的增加,残余剪应力提高,但峰值剪应力、最终剪胀量和表观摩擦角降低。随着初始法向应力增加,峰值剪应力、残余剪应力及剪切刚度均提高,且变化幅度高于法向刚度的影响;初始法向应力的增加抑制了裂隙面的剪胀,提高了裂隙面的表观摩擦角。随着陶粒砂尺寸的减小,剪切强度提高,剪胀位移增加。

基于法向修正与位置滤波的散乱点云去噪算法

为解决传统点云去噪算法易造成模型的过光顺和局部失真问题,提出一种基于法向修正与位置滤波的散乱点云去噪算法。首先利用主成分分析(PCA)算法初估点云法向,对采样点的邻域点法向进行双边加权,利用加权后的邻域点法向之和估计原采样点的高精度法向;利用采样点与邻域点的平均距离及距离偏差在采样点法向上投影的标准差控制滤波参数的取值,使滤波参数能随采样点的局部几何特征自适应变化;最后将修正后的法向和参数自适应的高斯核函数结合,构建新的点云滤波模型。实验结果表明:修正后的法向偏差均方根为0.0624 rad,滤波后的点云数据的最小平均误差为0.0167 mm,最小均方根误差为0.4636μm,最大误差为0.0332 mm。该算法有效地避免了模型的过光顺和特征细节失真。

基于接触式压力脚的机器人制孔法向检测与调姿方法

铆接是飞机装配中结构件的主要连接方式,铆接质量直接关系到飞机的使用寿命和安全性,而制孔垂直度是影响铆接质量的重要因素。目前,自动化钻铆设备在工件受压变形前进行法向检测,变形后再进行法向调整,导致其难以实现壁薄、大曲率、弱刚性产品的法向找正。针对上述问题,本文研究了基于工件受压变形补偿的法向检测和法向调整方法,设计了能够满足壁薄、曲率大、刚性弱产品表面制孔垂直度要求的接触式法向找正压力脚模块,提出了改进的接触式法向检测与调姿算法。在4 mm叠层板上的制孔实验表明,采用相同的钻锪一体式制孔方法,经改进法向找正补偿后,制孔垂直度误差在0.07°以内,锪窝深度偏差在-0.03~0 mm以内,相较于未进行法向检测而直接制孔的方式,采用法向姿态补偿后的方式,将锪窝精度提高了68%。

法向载荷对Fe基块体非晶复合材料摩擦磨损性能的影响

为研究法向载荷对Fe基块体非晶复合材料摩擦磨损性能的影响,首先利用水冷铜模吸铸法制备了Fe基块体非晶复合材料;随后采用X射线衍射仪和显微硬度计分别对试样的物相组成和显微硬度进行表征;再通过往复摩擦磨损试验仪检测试样的摩擦磨损性能。结果表明:所制备的Fe基块体非晶复合材料内部同时存在晶体相和非晶相且非晶相占比为55.65%。此外相比于同种成分的传统晶态材料,Fe基块体非晶复合材料具有较高的硬度。随着载荷的逐渐增大,试样表面的磨损机制由最初的磨粒磨损和氧化磨损逐渐演变为磨粒、氧化以及疲劳3种磨损机制共存,磨损量进一步增加。

齿轮法向啮合齿廓及其测量

法向啮合齿廓是齿轮齿面上能反映齿轮的加工与传动质量的一条工程意义独特的曲线,在齿轮滚齿、蜗杆砂轮磨齿等展成法加工中,是齿面加工的形成曲线,在渐开螺旋齿轮传动中,是齿轮传动的工作曲线。然而,现有的齿轮测量仪器并没有法向啮合齿廓的测量功能。结合法向啮合齿廓的形成原理,给出了其理论模型,基于现有齿轮测量中心,提出了法向啮合齿廓偏差测量的四坐标测量法和三坐标测量法。测量实践表明,采用现有的齿轮测量仪器,能方便的实现法向啮合齿廓偏差测量与评定,四坐标法测得的法向啮合齿廓形状偏差、倾斜偏差和总偏差与三坐标法的测量结果相比分别相差0.2、1.3、0.6μm。与渐开线和螺旋线相比较,法向啮合齿廓具有综合性、统一性和唯一性,通过对渐开线偏差和螺旋线偏差的相互补偿,可优化对法向啮合齿廓的控制,有效降低对渐开线和螺旋线的精度要求。

基于混合润滑的结合面法向接触刚度建模

为了研究含油结合面的接触刚度特性,本文采用分形接触理论、连续变形理论和刚度分配模型,建立了微凸体及油膜的接触刚度模型并将其耦合。通过这个模型,分析了材料特性、摩擦因数及润滑介质对法向接触刚度的影响。结果表明接触载荷较小时,油膜刚度占总刚度比重较大。接触载荷较大时,油膜刚度占总刚度比重较小。对比模态试验与有限元结果,考虑摩擦的含油模态试验及有限元分析的固有频率均明显大于无油无摩擦情况。在考虑摩擦和油膜影响后,有限元分析获得的固有频率与试验获得的固有频率最大相对误差为3.85%,表明本文模型能很好地预测结合部的接触特性。

化学腐蚀下节理花岗岩法向刚度演变规律试验研究

通过开展侧限条件下完整试样及不吻合节理试样法向荷载压缩试验,研究了节理花岗岩法向应力及法向闭合的变化特征,揭示了不同化学溶液酸碱值pH(1、3、7、12)和不同腐蚀时间t(10、30、100 d)条件下含不同初始开度b的节理试样法向刚度演变规律。试验结果表明:不吻合节理试样的应力随应变变化特征不同于完整试样及吻合节理试样,由于节理表面微凸体的崩解,在应力-应变曲线整体增长过程中产生了局部应力降现象。不吻合节理法向闭合曲线呈现非线性的特点,法向位移增加速率随法向应力先增大后减小;相同法向应力下,试样法向位移及节理闭合速率随初始开度的增大而变大。通过引入经典节理闭合模型,分析得出节理试样法向刚度同时受初始开度、pH值及腐蚀天数的影响,其中受初始开度的大小影响最为明显。当pH=1、t=10 d时,法向位移从1~3 mm,b=1.65 mm的试样法向应力较b=3.4 mm的试样提高46.26%~149.46%;节理法向应力及刚度随着酸性溶液pH值的减小而减小;随腐蚀时间增加,不同化学溶液下的部分节理法向刚度先减小后增大。

混合润滑结合面法向接触刚度模型研究

在实际工作中,机械结合面一般加入润滑介质来减少磨损,因此将结合面微凸体等效为圆锥微凸体,并基于分形理论和改进的W-M函数建立混合润滑状态下结合面法向接触刚度三维分形模型。对模型进行模拟仿真,仿真结果表明:结合面无量纲法向接触总刚度随着分形维数的增大呈现出先增大后减小的趋势,且在分形维数为2.6附近时取得最大值;随着分形粗糙度参数的增大而减小;随着润滑介质的声阻抗增大而增大;混合润滑状态下结合面无量纲法向接触总刚度大于无润滑介质结合面无量纲法向接触刚度;最后与其他模型和试验数据进行对比,模型与试验数据更契合,验证了模型的正确性。混合润滑粗糙表面法向接触刚度模型的提出,为结合面的刚度预测和机械设备的性能优化以及结构改进提供良好的依据。

基于法向量和面状指数特征的文物点云棱界配准方法

三维重建是文物信息保护常用的方法,其主要通过点云配准技术重组文物空间的点云信息,配准精度对文物复现有重要影响。针对文物表面复杂点云纹理特征配准存在精度低、鲁棒性差的问题,本文提出一种基于法向量夹角和面状指数特征的局域点云配准方法。首先,根据点云平面特性设定法向量夹角和协方差矩阵阈值,提取同时满足这两个特征的点云特征点;其次,采用K近邻搜索方法提取点云局域特征点集,通过刚性变换使两组点云质心位置重合,完成粗配准;最终,在两点云粗配准的基础上,根据迭代最近点ICP进行精配准。与传统ICP方法进行对比分析,结果显示本文方法的点云配准误差下降了3%,匹配耗时降低了50%,有效地提高了配准精度和效率,增强了点云配准的鲁棒性。

基于圆锥微凸体的结合面法向接触特性研究

为减小等效微凸体体积,使得等效后的微凸体体积更接近实际微凸体体积,将微凸体变形部分等效为圆锥微凸体,并结合分形理论和改进的W-M函数,建立了结合面法向接触刚度和法向接触阻尼模型,并对模型进行仿真分析和实验验证,仿真结果表明,法向接触阻尼随着分形维数的增大而增大,法向接触刚度随着分形维数的增大先增大后减小,并在分形维数为2.6附近取得最大值;法向接触阻尼随着分形粗糙度的增大先增大后减小,法向接触刚度随着分形粗糙度的增大而减小;法向接触阻尼随着塑性指数的增大而减小,法向接触刚度随着塑性指数的增大而增大;将理论分析结果与实验数据进行比较,两者基本保持一致,验证了其正确性。基于圆锥微凸体的结合面法向接触特性模型的提出,为结合面的刚度与阻尼预测和优化机械设备的性能以及结构改进提供良好的依据。

散粒体斜坡上滚石法向碰撞恢复系数研究

国内外在研究滚石碰撞问题时多将碰撞目标假设为弹塑性体,从而推导出恢复系数计算公式。但是对于散粒体斜坡,由于具有结构松散、高压缩、低黏结力等物理力学特性,如果将其完全考虑为弹塑性体,那么低估了其自身的耗能潜力。为此,我们考虑了松散介质的孔隙压密特征,改进提出了散粒体斜坡上滚石法向碰撞恢复系数的计算式,并探讨了滚石碰撞再回弹的临界条件。同时以西藏昌都察达隧道进口散粒体斜坡为算例进行数值模拟,分析了5种影响因素下滚石法向碰撞恢复系数变化规律,并与改进公式、已有相关公式计算结果进行了对比分析。结果表明改进公式与数值模拟结果较为吻合,优于假设为弹塑性体的公式计算值。研究思路及成果可为类似区域性问题提供参考。