基于层次分析法与形状文法的文山苗绣纹样再生设计与应用

对保护和发展文山苗族刺绣文化,提升文山苗族刺绣文化的产业经济价值,实现文山苗族刺绣纹样在当代语境下的创新。首先,采用文献资料、实地调研等方法,对文山苗族刺绣纹样进行分析;其次采用层次分析法(AHP)来筛选最适合做文创设计的纹样,并运用形状文法提取筛选出来的文山苗绣纹样的基本单元元素,对其进行设计推演,形成创新纹样;最后,将生成的创新纹样应用到合适的文创产品载体上。将文山苗绣纹样应用于当代文创产品设计实践中,形成了一套文山苗绣文创设计方案。基于传统文山苗绣纹样,运用两种设计方法形成纹样创新方案,丰富了文山苗族刺绣纹样的视觉表现形式。将新的纹样创新方案与不同形式的文创产品有机融合,形成具有文山苗族特色的文创产品,进一步扩了大传播文山苗族刺绣文化的媒介和途径,也为其他民族纹样在当代文创领域的设计和发展提供了参考价值。

断屑槽形状对硬质合金刀具切削性能的影响分析

在切削加工过程中,切削力可以反映切削刀具的切削性能,直接影响加工精度及加工质量。为了分析不同形状的断屑槽对硬质合金刀具切削性能的影响,利用数值仿真技术对切削加工进行有限元模拟。分析结果表明,不同形状的断屑槽对硬质合金刀具切削性能的影响程度存在差异,其中,直线圆弧形断屑槽对应的硬质合金刀具切削性能最好。

基于多尺度Transformer的多视图三维形状分析方法

基于多视图的三维形状分析方法是三维计算机视觉领域中的重要研究分支,通过整合三维形状在多个视角下的二维图像的特征来完成三维形状的识别、检索等任务。然而,如何有效地探索不同视角之间的关联性,并运用这些关联性来聚合多视图图像的特征仍然是三维形状分析中一个亟待解决的核心问题。受到最近兴起的Transformer网络在关系建模问题上成功应用的启发,研究工作引入了一种创新的多尺度Transformer架构,提出了基于多尺度Transformer的多视图三维形状分析方法(Multi-View Multi-Scale Transformer,MVMST)。此方法能够有效地学习不同视角之间的关联性,将多视图图像的特征聚合为一个具有强大表达能力的整体描述符。与以往方法使用感受野为全局的Transformer建模多视图特征的关系不同,该方法受到多尺度学习方法的启发,使用多尺度的Transformer来建模不同尺度下的多视图图像特征之间的关系,并设计了一个多尺度融合模块将多个尺度下经过Transformer处理的特征进行融合,得到一个相比单一尺度更加有效的多尺度表示。多个视图的多尺度表示最终经过视角池化模块融合成三维形状的一个整体描述符。研究了在多个合成和真实扫描三维形状分类数据集上进行了实验,结果表明所提出的方法在三维形状分类任务上表现出令人满意的性能。

基于肤面形状模型的并联机械装配精度分析

针对现有并联机械装配精度分析中未考虑形状偏差空间分布特征,且并联连接的配合面相对定位偏差的计算未结合实际装配过程而导致的装配精度分析精确性不足的问题,首先,基于非高斯肤面形状模型,提出了结合装配过程的并联连接配合面相对定位偏差计算方法;其次,基于雅克比-旋量模型,提出了雅克比-非高斯肤面形状模型,以实现对并联机械装配的偏差传递累积分析;最后,以直齿圆锥齿轮箱为例,通过蒙特卡洛仿真分别获得了轴交角相对误差ΔRα和中心距相对误差ΔTd频率分布,结果表明形状偏差空间分布特征对并联机械装配精度分析具有不可忽视的影响,该方法可为公差设计提供理论指导,以保障高精度机械产品的装配质量要求。

安装形状记忆合金减震系统的斜拉桥地震响应分析

形状记忆合金(shape memory alloys,SMA)具有超弹性效应和形状记忆效应,被逐步应用于土木工程领域。基于SMA材料的超弹性能,提出一种减震限位装置。将该装置通过销轴分别与桥梁的上、下部结构相连,使其在水平方向发挥限位减震的作用,保护桥梁结构在地震作用下免遭破坏。首先通过进行SMA单索和减震限位装置的拟静力荷载试验,得到SMA拉索和减震限位装置的本构关系模型;随后选择一座主跨为360 m的斜拉桥,在OpenSeesPy软件中建立有限元模型,分别将采用0、5、10、15、20、30、40、50根SMA拉索的减震限位装置添加到斜拉桥模型,选取了7条远场和7条近场脉冲地震动进行了斜拉桥的地震响应分析。研究结果表明,随着SMA拉索数量的增加,斜拉桥主梁最大位移依次减小,但主塔塔底最大曲率依次增加。当采用10根SMA拉索时,在远场和近场脉冲地震动作用下,主梁平均最大位移分别减小了51.8%和36.8%,塔底平均最大曲率分别增加了5.1%和16.0%,因此,可以通过增加较小主塔曲率的方法实现主梁位移的大幅度降低。

基于布里渊散射光时域分析的形状传感研究

搭建了基于布里渊散射光时域分析技术的应变测量系统,采用七芯光纤作为分布式形状传感器,通过测量七个纤芯在弯曲时的布里渊散射谱,验证了七芯光纤偏芯之间每两个对称芯所受应变值相等且互为相反数的特点。对比七芯光纤中间芯与偏芯的布里渊增益谱,测得偏芯在不同弯曲半径下的布里渊频移变化,得到偏芯在每个位置受到的应变值。利用并行传输标架形状重构算法对七芯光纤在曲率直径为0.112 m和0.052 m时的形状进行了重构,当曲率直径为0.112 m时,曲率重构误差为0.375%。

基于激光扫描测量的工程物体形状与尺寸分析研究

在获取工程物体的形态、比例信息的研究过程中,一种新的、具有鲜明优势的激光扫描测量技术获得了运用。这份研究破解了激光扫描测量的基本规则与技术要点,尤其深入探讨了基于激光扫描的三维云点数据采集以及处理方式。工程物体被选作实际激光扫描的目标,大批的扫描数据随之产生并经过了预处理与数据分析,为构建出物体的三维模型奠定了基础。三维模型的建立使得精确测量与分析物体的形状和尺寸成为可能。这样的手法相较于老式的直接测量和系统分析,节省了时间、提高了精度,且自动化程度更高。实验结果显示,基于激光扫描测量仪的数据,对工程物体的形状和尺寸分析具有较高的精度和稳定性。在形状误差分析过程中,结合点云数据拟合技术,对比并分析了物体实际形状和测量结果的差异,实现了微小形状的精确检测。最后,通过对工程实例的应用研究,本论文证明该方法可以大幅提高工程测量的效率和精度。后续研究中,我们将进一步探索激光扫描测量在更广泛工程领域的应用,提高其实用价值。

基于频谱分析的Procrustes统计步态识别算法

在信息安全越加重要的现代社会,步态识别以其特有的优势作为一种身份识别手段,得到了很多关注.提出一种基于Procrustes均值形状的傅里叶频谱分析(FSAOPMS)的适用于多视角的步态识别方法.利用Procrustes统计形状分析方法将步态序列中人体轮廓的连续步态变化表示成一个紧致的Procrustes均值形状(PMS),将PMS作为原始步态特征,对PMS进行傅里叶频谱分析(FSA).计算不同步态序列的PMS幅度谱的欧式距离,利用最近邻(NN)分类器进行识别.在中国科学院自动化所的CASIA Gait Database数据库上进行了实验,与其他3种方法进行了比较,新方法具有很高的识别率,证明了该算法的有效性.

形状记忆合金智能混凝土电热驱动升温速率试验研究与分析

将形状记忆合金(Shape Memory Alloy,SMA)应用于混凝土结构中,利用SMA的形状记忆效应可以控制并恢复结构的变形,实现混凝土裂缝的主动修复。为提高SMA电热驱动升温速率,提出一种在SMA表面缠绕漆包线后再涂刷隔热胶的新型加热方法。通过SMA智能混凝土试件电热驱动试验和有限元瞬态热分析,研究分析升温速率、漆包线绝缘隔热方法以及温度场分布规律。试验结果表明,所提出的新型加热方法可以显著提高SMA升温效率,缩短加热激励时间;导热性能较差的隔热胶可以有效地减少传递给混凝土的热量,进而减轻温度变化对混凝土的不利影响,且隔热胶的隔热性能越好,混凝土温度变化程度越小;漆包线通电加热激励驱动SMA时,加热速率快,且漆包线通电电流强度远远小于SMA直接通电的电流强度;无黏结SMA混凝土试件梁内存在天然的空气隔热层,与有黏结SMA混凝土试件梁相比,采用相同的电热驱动方法和电流强度驱动SMA时,无黏结SMA混凝土试件梁的升温速率更快,且混凝土温度变化更小。有限元瞬态热分析结果表明,试件中混凝土各测点试验升温曲线与有限元计算升温曲线吻合较好,通电结束时,试件各测点的实测温度值与有限元计算温度值基本一致,最大相差2.5℃。研究成果可为SMA智能混凝土提供一种快速的电热驱动方法。

基于正交Procrustes分析的航天器单目视觉相对位姿确定方法

相对位姿确定是航天器交会对接、在轨服务等航天任务的关键技术之一,采用单目视觉相机进行相对位姿确定是其有效解决途径。针对基于特征点的空间目标相对位姿单目视觉确定问题,提出了一种基于拟投影线思想和正交Procrustes分析的相对位姿求解迭代方法。该方法在基于逆投影线构建的优化模型基础上,将绝对定向问题转化成正交Procrustes分析模型,利用持续投影算法将姿态矩阵分列优化并进行全局修正求得最优姿态矩阵。最后,以航天器相对位姿确定为背景,对所提算法进行了数学仿真,结果表明该方法能够较快收敛并具有较高的鲁棒性。

基于Procrustes均值形状和Fan-Beam变换的步态识别

针对单一特征进行步态识别的局限性,为了得到更准确的识别结果,利用动静态信息的互补性,将两者结合起来进行身份识别。首先用Procrustes均值形状提取步态轮廓形状静态特征,然后计算步态能量图(GEI),再对GEI进行Fan-Beam变换,使用二维主成分分析进行特征空间降维,得到运动目标的频率动态特征,最后将两个特征欧氏距离融合起来获得最后的识别结果。在中科院的Dataset B数据库上进行实验,达到了预期的识别效果。

基于等几何分析的板壳结构形状拓扑协同优化

板壳结构轻量化设计是工程中的常见问题,采用有限元法对板壳结构进行拓扑优化时,难以获得高质量的网格以精准描述几何模型,且单独使用拓扑优化受制于初始设计空间。提出了一种基于等几何分析的形状拓扑协同优化方法,该方法执行先形状优化、后拓扑优化的步骤,在最佳结构形状的基础上实现最佳材料布局的优化目标。相比于其他组合形式的优化机制,极大地提高了计算精度与计算效率。采用3个数值算例验证了本方法的有效性与高效性,结果表明,与经典等几何拓扑优化方法相比,可得到更高性能的优化结构,有助于进一步拓宽结构优化的应用范围。

一种基于椭球约束和Procrustes分析的磁矢量传感器校正算法

磁矢量传感器在测量过程中将受到载体及其他工作部件的干扰,为保证和提高测量精度,提出了基于椭球约束和Procrustes分析的磁矢量传感器校正算法。在分析误差来源并进行分类的基础上,建立了磁矢量传感器误差模型,通过椭球约束法和正交Procrustes分析获得了由测量值到真值的映射关系,实现磁矢量传感器的校正。仿真结果表明,该校正方法能有效地完成磁矢量传感器的校正,而且方法简单、易于实现,在较大噪声水平下也能较好的完成校正工作。

基于分布式应变测量的光纤形状还原算法研究

为了验证并行传输标架还原光纤传感器形状的可行性和准确性,设计了基于单模光纤的形状传感器,提出了利用有限元分析方法进行形状传感器建模和分布式应变信息的提取,对比分析了并行传输标架和弗莱纳标架在形状传感器不同弯曲形状和不同应变采样点数下的还原精度。结果表明:并行传输标架进行传感器形状还原时,不仅很好地还原了传感器的形状,而且弥补了在奇点位置前后弗莱纳标架方向发生突变,造成还原结果出现较大误差的不足。并行传输标架的远端位置误差低于光纤总长度的0.003 42%,相较弗莱纳标架,降低了10倍。

塑料内胆碳纤维全缠绕复合气瓶封头形状选取分析

为了研究塑料内胆碳纤维全缠绕复合材料(Ⅳ型)气瓶中不同封头构型的结构性能,采用网格理论进行铺层设计,结合三次样条函数法对其封头厚度进行了预测。分析等应力封头、椭球封头和球形封头下,Ⅳ型气瓶在工作压力/爆破压力下的应力场分布。对不同封头构型的等效性能因子进行计算,等应力封头、椭球封头、球形封头的等效性能因子依次为24.0,25.3,28.4。结合不同封头构型的应力分析与等效性能因子计算结果,得出综合性能排序:球形封头最好;椭球封头次之;等应力封头最差。

形状记忆合金自复位减振装置研制与验证

为改善第二喉道中的可调中心体机构(简称中心体)在工作状态下的流致振动,根据形状记忆合金(shape memory alloy,SMA)偏置双程驱动原理,设计制作一种能够满足中心体有限安装空间要求的SMA自复位减振装置;采用UMAT接口编制的SMA本构关系子程序实现减振装置最大压紧力的数值分析,数值分析与静态调试试验结果误差约为2.58%;搭建地面减振试验平台,测试SMA自复位减振装置分离和闭合状态下的中心体零部件振动响应。减振试验结果显示:SMA自复位减振装置闭合后,中心体振动响应明显降低,在0~100 Hz频带内,均有明显的减振效果,低频至55 Hz范围内,减振率均大于50%。

结构形状对太阳能烟囱系统热特性的影响研究

不同太阳能烟囱(SC)形状对系统集热特性影响不同。建立10°圆形SC数值模拟模型和试验台架,将系统数值模拟与试验测试结果对比验证,二者相对误差值小于4%,数值模拟方法正确;采用相同的数值模拟方法对0°圆形、0°方形和10°方形SC模型进行计算,将不同系统计算结果进行对比。结果表明:不同系统结构蓄热层表面温度场均匀性和受烟囱阴影影响不同,10°方形蓄热层表面温度场受烟囱阴影影响最小;对比烟囱内流体速度,10°方形具有更高速度梯度,更有利于确定涡轮机的位置;不同系统烟囱内部流体总焓差不同,10°方形SC系统总焓差较大;相比于0°圆形SC系统,其他3个SC系统的集热效率分别提高了11.328%、43.705%和66.061%,质量流量提升了59.36%、8.39%和39.04%。

膝关节统计学形状模型的几何外形有效性验证

目的获取中国男性健康膝关节的解剖参数范围,并验证健康膝关节统计学形状模型(statistical shape model,SSM)在几何外形上的有效性,为基于膝关节SSM的假体设计提供依据。方法采集112例健康男性膝关节CT影像,建立三维膝关节模型,每例模型都单独作为目标模型,剩余模型作为训练集进行主成分分析(principal component analysis,PCA),将得到的SSM向着目标模型进行拟合预测,得到SSM拟合模型。在样本模型和SSM拟合模型上分别标记出相同的解剖测量点,并得出17个线性参数和3个角度参数。对解剖参数值采用独立样本t检验和Mann-Whitney U检验进行统计学检验,若得出的P值均大于0.05,则证明SSM在几何外形上的有效性。结果解剖参数的定性和定量对比分析的结果显示,线性参数值的平均偏差均小于6 mm,角度参数值均小于2.5°;统计学检验的结果显示所有解剖参数的P>0.05,证明膝关节SSM拟合模型与真实健康模型在几何外形上不具有统计学差异。结论获得了健康膝关节解剖参数的参考范围,并验证了膝关节SSM模型在外形上与真实健康模型具有一致性。研究结果为基于膝关节SSM的假体设计提供依据。

考虑颗粒形状的离散元法在岩土工程中的应用进展

随着计算条件的不断发展,颗粒离散元方法在岩土工程数值分析中已有一定应用。在真实条件下,颗粒形状往往较为复杂,因此对复杂颗粒形状的模拟在研究岩土颗粒材料物理力学特性中至关重要。简要阐释了目前颗粒离散元法在岩土工程中的应用现状,并重点分析了离散元模拟颗粒形状的两方面:模拟典型颗粒形状,模拟真实颗粒形状;同时根据已有研究总结离散元模拟颗粒形状方法存在的一些问题,提出颗粒形状模拟在岩土工程中的应用前景。

考虑形状偏差的公差多面体建模与分析

采用理想表面模型或未考虑形状偏差进行公差建模与分析往往导致零件装配产生干涉风险或装配精度得不到保证。针对该问题,首先基于半空间和多面体的定义将零件特征几何偏差以向量的形式表示,根据尺寸公差带约束构建了零件层的公差多面体不等式组。其次,以理想表面构建装配层公差多面体不等式组,通过使用装配优化函数对装配接触面参数进行调整,将形状偏差纳入公差模型中,从而构建了基于非理想表面的公差多面体不等式组。最后,以铣刀座装配体进行了实例研究,建立了该装配体的各偏差传递路径的公差多面体凸包,并使用闵可夫斯基和依次求解,然后进行交集运算得出目标环偏差值;手工调整公差值并重新计算,直至分析出的目标环偏差值满足初始精度设计需求。