基于三维运动捕捉技术构建蒙医震脑术三维虚拟仿真平台的视觉呈现

背景:基于三维运动捕捉技术可以构建精准的、客观量化的医学虚拟仿真模型,有利于临床学习者精准、深入理解和掌握各种传统疗术。目前中医虚拟仿真模型已有报道,但蒙医传统疗术的虚拟仿真模型尚未见报道。目的:构建一种基于三维运动捕捉技术的交互式三维可视化的蒙医震脑术虚拟仿真模型。方法:使用Motion Analysis三维光学运动捕捉系统和足底测力台采集蒙医专家的运动捕捉数据,在Motion Builder软件中构建震脑术三维动作模型,使用Maya软件构建角色模型并与动作模型相匹配,运动Unity3D软件构建蒙医震脑术虚拟仿真系统,系统整合蒙医震脑术操作3D动画、运动学和动力学参数信息。结果与结论:通过三维运动捕捉技术和计算机仿真重现蒙医震脑术操作,能够显示施术者和受试者的运动姿态,记录关节运动的关键空间位置参数与变化情况,得出运动过程中的运动学、动力学参数。运用交互式三维虚拟仿真技术,实现蒙医震脑术的三维虚拟仿真的视觉呈现,为蒙医震脑术手法的标准化、数字化、可视化研究奠定基础。

基于EDEM的榛子双层滚筒筛装置性能仿真试验

为了解决榛子脱苞后筛分效率低的问题,针对榛子脱苞后的物料状态设计了一种双层滚筒筛。运用EDEM仿真软件对其工作状态进行模拟,以滚筒转速、内外筛孔大小、螺旋叶片间距为试验因素,以筛分率和含杂率为评价指标,分析评估各因素对双层滚筒筛性能的影响,以获得双层滚筒筛的最佳工作参数。结果表明:当滚筒筛的内筛孔尺寸为25 mm、外筛孔尺寸为12 mm、转速为36 r/min、螺旋叶片间距为240 mm时,滚筒筛的筛分效率最佳。

不同海拔高度下电晕放电等离子体粒子特性的仿真研究

电晕放电作为等离子体的一种重要获取手段,它的放电特性及其降解能力与所处空气环境有着密切的关系.为了得到不同海拔高度对电晕放电特性和等离子体降解能力的影响,本文通过COMSOL软件基于流体动力学模型,对不同海拔高度的放电模型进行数值模拟计算.分别对电流波形、影响等离子体降解能力的电子密度、平均电子能量等物理量随海拔高度变化的规律进行研究.结果表明,海拔越高,气压越低,环境温度越低,电流脉冲峰值越高,频率越高,脉冲启动时间越提前.脉冲波形的上升时间减小、下降时间增大.同时,电子密度以及平均电子能量也会随着海拔高度的升高而增强.

玉米育种均格式锥体排种器仿真分析试验

针对玉米育种试验过程中出苗率低、现有条播排种器播种不均匀无法满足试验要求等问题,在现有条播排种器基础上进行优化设计;通过在锥体上增加均格的方式来提高排种均匀性,分析了锥体倾斜角度、均格数量和锥体转速对均格式锥体排种器排种性能的影响,并进行仿真试验。试验结果表明:在锥体转速为0.8 rad/s、锥体倾斜角为48.1°、锥体均格数量为30个时,排种性能最优,排种均匀性变异系数降为20.295%;影响排种均匀性的主次因素为锥体均格数量>锥体倾角>锥体转速。田间试验表明:对比无均格锥体排种器,优化后的均格式锥体排种器排种均匀性变异系数降低18.73%,排种器的排种性能显著提升,能够满足小区试验要求。

四履带式甘蔗收割机越障性能仿真与试验

目前,甘蔗主产地有广西、云南等地区,甘蔗主产区以丘陵山地为主。轮式底盘甘蔗收割机通过性差而无法在狭窄、连绵起伏等复杂坡面作业,需要一种能够适应丘陵山区的甘蔗收割机。为此,设计了一款三角履带式甘蔗收割机,底盘是由前三角履带轮和后平履带轮构成的4履带行走系统,后履带偏摆转向。同时,对该机的结构参数、履带底盘在翻越垂直壁和跨越壕沟过程中的越障性能进行分析,得出4履带式甘蔗收割机履带底盘越障性能与其结构参数的内在联系;建立了该机的多体动力学模型,在RecurDyn软件中模拟了该机在不同的参数下的动力学性能,并对样机进行越障试验验证。验证试验表明:车辆能够跨越高为18 cm的固体垂直障碍,与仿真数据相比,实际测得的俯仰角、横摆角和翻滚角的幅值变化符合预期,车辆俯仰角波动幅值超过5°,甘蔗收割机的俯仰现象明显;翻滚角变化幅值达到3°,车辆通过障碍时,需要考虑其他因素导致车辆的俯仰角变化;跨越宽为50 cm、高18 cm壕沟时,安全通过壕沟;车辆的翻滚角变化明显,幅值最大相差2°,说明此时车辆左右两边履带的颠簸较为严重,但车辆总体越障稳定性较好。研究成果可为甘蔗收割机结构设计与改进、增强作业安全性提供关键技术支持,具有重要的参考价值。

胫骨内侧应力在跑步运动过程中的计算机仿真分析

背景:内侧胫骨应力综合征是困扰跑步者的一种常见的下肢慢性损伤,其损伤机制可能与“肌肉牵引”假说有关,然而这种假说还没有得到完全的证实。目的:使用肌骨仿真系统和有限元分析等方法,考察比目鱼肌、胫骨后肌、趾长屈肌在跑步过程中的收缩特征是否与跑步时胫骨内侧缘的应力水平存在相关性,从而影响内侧胫骨应力综合征的发生与发展。方法:将6名受试者不同速度跑步时的动作捕捉数据输入Anybody Modeling System骨肌仿真系统,对2.5,3.5,4.5 m/s三种跑步速度情况下的步态支撑期进行逆动力学仿真,将仿真得到的边界条件与有限元模型结合,考察胫骨内侧的应力分布情况。使用偏最小二乘回归方法分析自变量(肌力、弹性势能)与因变量(胫骨应力)之间的相关性。结果与结论:①胫骨应力水平在支撑期(1%-50%)存在速度间的统计学差异(P=0.044,F=3.834,η_(p)^(2)=0.040);②3种速度下,比目鱼肌的肌力与胫骨应力之间的平均相关性最高(r=12.999),其次胫骨后肌肌力与胫骨应力的平均相关性排名第二(r=-10.735),然后依次是趾长屈肌肌力(r=-9.751),胫骨后肌弹性势能(r=8.012),比目鱼肌弹性势能(r=9.076),趾长屈肌弹性势能(r=-4.782);③结果表明,跑步速度的增加,胫骨应力水平随之上升;比目鱼肌的收缩及吸收的弹性势能在跑步过程中的释放对于内侧胫骨应力综合征的发展将产生不可忽略的影响,而胫骨后肌和趾长屈肌的作用被高估了;综合来看,研究支持了“肌肉牵引”假说中比目鱼肌的收缩对内侧胫骨应力综合征发展发挥作用的推论。

短定子磁浮列车基于悬浮间隙实现测速和定位的算法仿真及应用

短定子磁浮列车测速和定位技术实现方式与传统轮轨不同,目前有多种技术实现方式,但都需要在磁浮列车上设置测速和定位设备或系统,且与悬浮控制系统相互独立,但悬浮控制系统对速度信号和位置信号又有一定的依赖性。因此,设计了一种基于悬浮间隙实现测速和定位的算法,并通过仿真达到算法设计预期目的,最后通过编程将算法嵌入磁浮列车的悬浮控制系统硬件平台,实现测速和定位的算法应用,测速和定位信号完全集成于悬浮控制系统中,摆脱悬浮控制系统对外置测速定位系统的依赖,提升磁浮列车在轨道交通市场的竞争力。

地铁曲线地段扣件刚度对钢轨波磨的影响实测与仿真分析

钢轨波磨是地铁典型病害之一。为抑制钢轨波磨的产生,对某地铁线路的钢轨波磨特征、轨道刚度进行测试,并基于摩擦自激振动理论,研究了扣件刚度对钢轨波磨的影响。结合实测与仿真结果,提出了钢轨波磨控制措施,并通过后续测试对治理效果进行评价。研究结果表明:该线路存在40 mm~60 mm典型波长的钢轨波磨,并且内轨钢轨波磨更为严重。轮轨系统的不稳定振动主要发生在内侧轮轨之间,且频率为445.38 Hz。增大扣件垂、横向刚度可以抑制该不稳定振动,降低轨道结构在400 Hz, 800 Hz频率下的动态响应。波磨治理1年后,内外轨的不平顺幅值并未有明显增长,钢轨波磨发展速度得到明显控制。研究结果可为既有线路钢轨波磨治理以及新建线路钢轨波磨预防提供参考。

基于V-REP自动垂直泊车的教学仿真实验

泊车对驾驶员的操作技能有很高的要求,自动泊车系统的出现能够很好地解决这一问题,帮助驾驶员安全精准地完成泊车操作。该文对典型的自动垂直泊车进行仿真研究,针对标准和狭窄停车通道的垂直泊车,研究了C字型与人字型的泊车规划路径算法。基于机器人仿真平台(virtual robot experimentation platform,V-REP)搭建了典型的泊车仿真场景,利用用户数据协议(user datagram protocol,UDP)构建V-REP与MATLAB之间的通信,开展了V-REP与MATLAB的联合仿真实验,充分展示了自动垂直泊车的泊车过程,总结了垂直泊车的路径特点,对自动垂直泊车进行了可视化演示。此外,基于该平台为学生提供了虚拟仿真实验环境,激发了学生对无人驾驶的学习兴趣和勇于探索的精神,提高了学生的操作能力与创新思维能力,获得了良好的教学效果。

无人空战指控建模仿真方法研究

针对当前无人空战仿真中,缺乏支持全流程作战指挥控制建模与仿真这一问题,结合当前无人空战仿真系统相关研究,系统梳理和研究指控模型构建方法,通过探索不同仿真层级不同类型的无人机指挥控制建模原理和方法,设计并且构建了一套适合指挥信息系统装备特点的指控模型仿真系统。通过进行符合预设约束的想定设定,对目标作战任务进行了效能评估和对比,可为无人空战相关指挥信息系统装备的论证、评估方式提供理论和现实指导。

结构化网格快速生成工具的开发及其在冶金模拟仿真中的应用

结构化网格在模拟计算高精度、复杂问题时具有更高的计算准确度和更好的收敛性,但其划分难度大且耗时较长,如何快速生成高质量结构化网格是进行CFD(Computational fluid dynamics)等模拟计算领域的前沿问题.根据冶金容器的几何结构特征,引入了参数一体化建模+网格划分的理念,利用Python脚本快速批处理数据和开源CFD软件OpenFOAM的优势,成功开发了适用于冶金反应器的网格快速生成工具.以钢包–中间包–结晶器及其附属连接装置为例,进行了案例分析测试.结果表明,该工具软件生成的结构化网格在扭曲度和正交性等方面质量较高,可以满足各类模拟仿真的需求.该工具在解决冶金容器几何结构更新和网格分布调整方面相比于传统前处理方法可以在几十秒内快速生成高质量结构化网格.此外,开发了便于用户使用的图形用户界面,界面中仅需输入关键的几何结构和网格参数,即可对冶金容器快速便捷地生成相应的结构化网格,有效提升了前处理的简易度和效率.这一工具软件有望应用于冶金数字化和智能化转型发展的多种场景,并为其提供有效的软件支撑.

浅谈新医科背景下的医学虚拟仿真教学师资队伍培训

为进一步提高滨州医学院医学虚拟仿真教学师资队伍培训水平,探究新医科背景下的医学虚拟仿真教学师资队伍培训,就新医科下的医学虚拟仿真教学师资队伍培训的必要性、虚拟仿真技术的定义、医学虚拟仿真技术的现状进行了阐述,以滨州医学院虚拟仿真技术及实验平台为例,就如何提高医学仿真技术培训水平进行实施路径分析。高校虚拟仿真教学师资培训仍存在很多问题,为进一步更有效地提高师资队伍培训水平,更好地服务于新医科背景下的广大医疗团队建设,提出了一些改进方法。

生物科学与技术虚拟仿真实验教学中心的建设与应用

生物科学与技术虚拟仿真实验教学中心通过优秀科研项目转化以及与高新技术企业合作开发,建设了一批高质量的生物类虚拟仿真实验教学资源。多层次、多元化的资源为学生前沿科学知识学习、综合性科研训练和生物下游产业技术训练提供有利环境,有效地实现教学模式的转变以及学科交叉知识的学习和延伸。全天候开放共享虚拟仿真实验教学平台,实现虚拟仿真实验教学软件、实验标准化视频、教学课件和测试题库等线上教学资源的有机整合,满足随时随地实验教学需求,支持了一系列的混合式线上线下实验教学课程开展。生物科学与技术虚拟仿真实验教学中心与国家级生物科学实验教学示范中心形成了“双中心”融合发展的创新人才培养实验教学体系,“虚实结合”的实验教学模式,提升了学生的综合科研能力与教师的业务水平,培养了满足社会需求的生物技术创新实践人才。

基于DEM-MBD耦合的液压挖掘机动力学仿真分析

在实际工况下,液压挖掘机工作装置受到的载荷较大且具有强时变性,因此工作装置各组成杆件及液压缸较易出现各种形式的失效。针对以上问题,选取某型号液压挖掘机作为研究对象,根据液压挖掘机工作装置实际挖掘物料工况,利用多体动力学软件ADAMS建立液压挖掘机虚拟样机模型并利用离散元软件EDEM建立物料模型。通过DEM-MBD耦合仿真分析方法,对液压挖掘机工作装置进行动力学仿真分析,主要获取挖掘物料过程中铲斗受力变化曲线、不同时刻铲斗受力云图,通过对其分析,能够获取铲斗在挖掘作业过程中受力变化情况,为铲斗的有限元分析、优化设计提供理论依据。

高温超导直线同步电机电磁力仿真与实验研究

无铁芯超导直线同步电机(superconducting linear synchronous motor,SLSM)具有推力密度高、工作气隙大等优势,是超导磁浮列车的动力核心。由于会不可避免地受到弯道、道岔、横风和电源谐波等因素的影响,磁浮列车在运行过程中将发生多自由度运动,使电机次级姿态发生滚转或偏移,致使超导直线电机的电磁力性能发生改变,进而影响列车的运行稳定性。针对多变电机次级姿态下高温超导直线同步电机的三维力特性展开研究,首先分析悬浮车体多自由度运动对直线电机次级姿态的影响,并建立计算SLSM三维电磁力的有限元模型;其次,通过搭建超导同步直线电机样机,实验验证模型的有效性;最后,基于该模型研究无铁芯SLSM次级在发生横向偏移、法向偏移、侧滚、俯仰以及偏航条件下的三维电磁力输出特性及其变化规律,为超导磁浮列车运行性能优化提供了理论依据。

新工科背景下化工虚拟仿真实训中心建设

在新工科背景下虚拟仿真技术融合到化工实践教学中可以有效解决实践教学困难,淮北师范大学化工专业通过强化师资队伍、更新教学理念和探索过程性考核等举措不断深化虚拟仿真中心建设。虚拟仿真的引入有助于提高本科生的创新精神、工程能力和安全意识,满足化工行业需求的创新型技术人才,为提高本科教学质量提供有力保障。

基于三方演化博弈的突发公共卫生事件应急响应及仿真研究

突发公共卫生事件中地方政府、社会组织与公众的相互配合、协同响应是及时高效进行应急管理的必然选择。本文以新型冠状病毒肺炎为背景,考虑应急响应过程中多主体之间的相互影响与博弈关系,基于有限理性假设,构建地方政府、社会组织与公众三方博弈主体的演化博弈动态模型。然后,运用演化博弈理论和Lyapunov判别法分析三方主体演化模型的均衡点和渐进稳定性,得到在不同条件下三方主体的演化稳定策略。最后,对突发公共卫生事件不同阶段的三方主体应急响应的博弈行为进行仿真分析,探讨地方政府的补贴政策、奖惩措施以及社会组织成本对博弈各方策略选择的影响。研究结果表明:(1)在突发公共卫生事件应急响应的不同阶段,各主体的决策选择是动态演变的;(2)地方政府的补贴政策、奖惩措施以及社会组织成本对于主体的应急响应行为作用明显;(3)各主体的初始参与意愿强弱对突发公共卫生事件应急响应的影响效果显著。

钨矿碱分解工艺制备仲钨酸铵全流程仿真计算

以钨矿碱分解工艺制备仲钨酸铵全流程为对象,基于质量守恒、化学平衡、元素分配约束和指标约束等原理,构建钨矿配矿、磨矿、碱分解、脱磷、离子交换、除钼和蒸发结晶的热力学模型,进而根据各工序物料的迁移传递关系,应用MetCal软件平台,开发钨矿碱分解工艺制备仲钨酸铵全流程仿真计算系统,并采用典型工况下的实际值对模型计算的可靠性进行实例验证。研究结果表明:碱分解浓料中WO_(3)和P质量分数计算值与实际值的相对误差分别为-5.755%和-12.195%,钨渣中WO3、P、Fe、Mn和Ca质量分数的相对误差分别为-2.026%、-5.439%、-14.819%、-14.971%和11.826%;脱磷后液中WO3和P质量分数的相对误差分别为5.513%和-7.692%,脱磷渣中WO_(3)、P和Ca质量分数的相对误差分别为-5.834%、3.337%和7.113%;除钼后液中WO3和Mo质量分数的相对误差分别为-1.627%和-9.375%,除钼渣中WO_(3)、Mo、S和Cu质量分数的相对误差分别为2.547%、-8.827%、8.686%和9.692%。

沉浸式3D虚拟仿真实验平台构建

为解决传统实践教学在时间、空间上的局限性,增强实践教学的互动性,以虚拟智慧城市中的物联网创新应用为研究对象,结合虚拟现实技术,在实验内容和教学模式中融入价值创造和创业素养,构建融入“创新实验路径”和“多层次综合实验项目”的物联网专业沉浸式3D虚拟仿真实验平台。采用布鲁姆教学目标分类法设计3D虚拟仿真实验教学目标,并按照IAPVE的实施模型,构建基于3D虚拟仿真实验平台的教学实施模型和考核评价模型。实施结果表明,该3D虚拟仿真实验平台及教学实施和考核评价模型可指导实践教学改革,实现学生综合能力的全面协同提升。

人工影响天气虚拟仿真实验及课程体系建设

在“人工影响天气”的相关课程教学中,构建虚拟仿真实验教学平台有助于学生深入理解基础理论知识,并对实际业务操作及催化方案设计、优化产生感性认识。虚拟仿真实验教学突破了室内教学时空及仪器设备昂贵的局限性,解决了自然界中不能对同一块云反复催化的实际困难,对云降水环境及人工催化过程高度重现,对理论教学体系及教学形式进行补充,完善了课程教学体系。此外,科技成果在教学和本科生科研创新活动的引入,进一步增强学生科技创新意识及学习兴趣,促进了科研创新型人才的培养。