Modeling and analysis of passive dynamic bipedal walking with segmented feet and compliant joints

Passive dynamic walking has been developed as a possible explanation for the efficiency of the human gait. This paper presents a passive dynamic walking model with segmented feet, which makes the bipedal walking gait more close to natural human-like gait. The proposed model extends the simplest walking model with the addition of fiat feet and torsional spring based compliance on ankle joints and toe joints, to achieve stable walking on a slope driven by gravity. The push-off phase includes foot rotations around the toe joint and around the toe tip, which shows a great resemblance to human normal walking. This paper investigates the effects of the segmented foot structure on bipedal walking in simulations. The model achieves satisfactory walking results on even or uneven slopes.

大直径盾构隧道新型纵缝接头抗弯性能试验研究

纵缝接头是盾构隧道受力性能的薄弱部位,管片接头的形式直接影响盾构隧道的力学性能。目前国内的盾构隧道纵缝接头使用的连接件多为螺栓,新型纵缝接头使用了一种新的连接件—滑入式连接件,此种接头在大直径盾构隧道中的受力性能有待研究。本文以新型纵缝接头为研究对象,针对两种不同型号的滑入式连接件,采用模型试验的方法探究了大直径盾构隧道新型纵缝接头的受力性能,通过理论分析计算了新型纵缝接头的极限承载力,并比较分析了传统螺栓纵缝接头和新型纵缝接头的受力性能。结果表明:新型接头衬砌管片的薄弱部位在连接件周围的混凝土区域;滑入式连接件的型号直接影响新型纵缝接头的受力性能,两种接头中连接件尺寸较大的接头转角刚度相较于连接件尺寸较小的接头转角刚度增加了7.2~169.5%,极限承载能力增加了69.9%;新型纵缝接头比螺栓接头有更高的转角刚度,受力性能更好,适用于大直径盾构隧道。

大直径盾构隧道纵向刚度增强措施研究

为研究不同环缝接头结构对盾构隧道纵向刚度的增强效果,采用等效连续化模型计算得到断面直径对隧道纵向拉压、纵向抗剪和纵向抗弯刚度的影响规律,将隧道纵向刚度增强措施与管片环缝接头结构相联系,采用数值模拟深入探究了9种环缝接头结构的力学性能,对比得到增强隧道纵向刚度效果最优的环缝接头结构。结果表明:直径对纵向拉压和纵向抗弯刚度影响较小,对纵向抗剪刚度影响较大;环缝接头刚度增强措施能够显著减小管片位移,提高隧道纵向刚度,提升效果为:斜螺栓>弯螺栓,定位榫>剪力销>凹凸榫;螺栓型式和纵向刚度增强措施均对螺栓最大剪切应力有较大影响,竖向荷载下受螺栓型式影响较大,水平向荷载下受管片环缝接头刚度增强措施影响较大;结合经济性和有效性,当接头螺栓为弯螺栓时,设置定位榫是一种相对较优的选择。

带定位榫盾构隧道管片接头剪切力学行为研究

外套于盾构隧道管片螺栓的空心圆锥筒定位抗剪构件定位榫能有效控制盾构管片错台量和错台值,与管片、螺栓共同形成“管片-定位榫-弯螺栓”接头.为探明盾构隧道管片受压工况、“管片-定位榫-弯螺栓”接头在剪切荷载作用下的结构力学特征和破坏机理,以内径7.5 m、外径8.3 m、弯螺栓连接的盾构隧道衬砌环的纵向接头为例,首先,建立三维有限元模型,对轴力分别为196、392、588和784 kN4种工况的接头剪切破坏全过程进行数值模拟;然后,对接头剪切破坏过程、定位榫和螺栓力学及变形特征、管片接缝面变形破坏特征进行分析;最后,采用原型剪切破坏试验对数值模拟结果进行印证和补充研究.研究结果表明:盾构隧道“管片-定位榫-弯螺栓”接头剪切破坏全过程分为接触面静摩擦、定位榫弹性变形、定位榫塑性错动和螺栓剪切破坏4个阶段;定位榫弹性变形阶段,定位榫表现为“压扁”形态,定位榫塑性错动阶段,定位榫拱顶外侧首先出现塑性屈服区,随着剪切荷载的增加,塑性区将扩展到定位榫端部和横断面内大部分区域,塑性破损过程中定位榫将超过其承载能力的外部剪切荷载转移给螺栓;螺栓杆体受力从定位榫塑性错动阶段开始,最终加载侧杆体将发生“拉直”破坏、固定侧杆体将发生弯剪破坏;管片接缝面混凝土从定位榫塑性错动阶段后期出现塑性区,初始位于榫槽内水平两侧,随着剪力增加,塑性区将向周边扩展,最终与管片内弧面手孔塑性区连通,形成“手孔-螺栓孔-手孔”塑性破坏域.

基于膝关节MR图像的分割模型构建及验证

目的:构建并验证一种膝关节MR图像分割算法,旨在解决软骨细小结构识别困难、分割边界模糊、错分等问题,发现软骨的早期病变,帮助医生诊断膝骨关节炎等慢性疾病。方法:使用膝关节公开数据集SKI10进行实验验证,划分为训练集(60%)、验证集(20%)、测试集(20%);基于Transformer方法和U-Net方法,提出融合通道注意力机制和边界注意力机制的新型网络架构CE-TransUNet;以平均Dice相似系数(DSC)为主要评价指标,探索模型在膝关节MR图像分割中的性能。结果:与经典算法进行对比,CE-TransUNet具有更好的分割效果,其DSC指数达到了90.48%,在股骨和胫骨上DSC分别达到了93.55%和93.10%,在股骨软骨和胫骨软骨上DSC分别达到了87.69%和87.58%。结论:CE-TransUNet分割结果与人工分割结果有很好的一致性。其分割效果优于对比网络模型,为膝关节软骨的自动分割提供了一种新思路,能够帮助临床诊断,有较好的应用前景。

基于度量学习的电路焊点缺陷检测方法

针对目前电路焊点缺陷检测方法效率低、准确度差、焊点图像样本量小的问题,提出了一种基于度量学习的快速识别焊点缺陷的方法.首先利用工业相机搭配远心镜头获取焊点图像.通过挖掘焊点图像特征,设计交点检测法来分割焊接单元图像,制作焊点缺陷数据集.在此基础上,设计焊点图像全局特征与局部表征提取方法来对焊点的两类特征进行融合,并对注意力机制进行改进,加入到全局特征提取模块中.对焊点缺陷的检测实验结果表明该方法最终实现了准确率达到98.4%,满足焊点缺陷检测的实际生产要求.

面向病理图像分割的边缘感知网络

提出了一种针对病理切片图像的端到端语义分割方法--边缘感知网络(BPNet),以提高病理图像分割精度。BPNet网络首先在解码器阶段增加边缘感知模块,改善网络对于病理图像边缘的特征信息提取能力。然后,采用自适应通道注意力模块弥补不同层次特征间的语义差距,进一步加强网络的特征聚合能力。在此基础上,设计了一种基于结构和边缘的联合损失函数,以实现最佳的病理图像分割结果。在GlaS和MoNuSeg两个公开病理数据集上的分割实验结果表明,所提方法的Dice系数得分在两个数据集上分别达到92.21%和81.18%,有效提升了病理图像的分割精度。

高超声速喷管流场不均匀性分析与改进

飞行器的发展,对风洞不同模拟条件下气动和操稳特性的准确预测提出了更高需求。风洞流场品质是影响试验数据精准度的主要因素之一,本文以某风洞马赫数5.5喷管为研究对象,开展喷管出口流场不均匀性研究。通过数值计算捕捉喷管内部微弱波系结构,分析喷管型面设计方法、型面加工精度和型面拼接处阶差等因素对喷管出口流场品质的影响,并与风洞流场校测结果进行对比分析,得出目前影响喷管出口流场品质的主要因素是拼接处阶差,并针对该因素提出了改进策略,通过对喷管合理分段减少波系对试验区域影响,以进一步提升风洞流场品质。

改良式尾侧下颌骨节段性切除术治疗猫颞下颌关节强直效果的回顾性分析

为了探讨猫颞下颌关节强直的临床发病特点、手术方法、并发症和手术效果,本文回顾性分析了在中国农业大学教学动物医院就诊的8只颞下颌关节强直患猫的病历,结合电话回访评估手术并发症和手术效果。结果显示,8只患猫均进行了电子计算机断层扫描(CT)检查,其中4只(3只单侧和1只双侧)诊断为假性强直,另外4只(2只单侧和2只双侧)诊断为真性强直;5只(3只单侧和2只双侧)进行了改良式尾侧下颌骨节段性切除术,3只(2只单侧和1只双侧)放弃治疗;进行手术的5只患猫术后口腔打开角度均良好,其中1只(单侧)因苏醒质量较差选择了安乐死。长期随访(随访时间7个月~5年,平均约25个月)结果显示,单侧强直的2只患猫手术效果良好,双侧强直的2只患猫手术效果较差,未手术的3只患猫因无法进食而安乐死。结果表明,颞下颌关节强直患猫应该进行手术治疗。改良式尾侧下颌骨节段性切除术可以替代关节成形术、关节外骨切除术和尾侧下颌骨节段性切除术,达到相似的手术效果,并可以降低关节周围医源性神经和血管损伤或牙齿损伤的风险;改良式尾侧下颌骨节段性切除术对于单侧颞下颌关节强直的患猫治疗效果较好,而对于双侧颞下颌关节强直的患猫治疗效果不理想。

双道密封垫分布形式对大直径盾构隧道接缝力学性能影响研究

为探究大直径盾构隧道双道防水密封垫的合理分布方式,采用考虑接缝细部构造及混凝土塑性损伤的精细化数值模拟方法,通过纵缝抗弯足尺试验验证该方法的有效性,并进一步利用精细化数值模拟对比分析密封垫双道内外分布及密封垫双道外侧分布下接缝的力学性能及防水性能。研究结果表明:1)精细化数值模拟在反映接缝抗弯性能方面具有良好的可靠性;2)接缝受压区高度、张开量及螺栓应力随弯矩增大呈现4阶段的发展模式,受压侧外缘接触一定程度提升了抗弯性能;3)轴力显著影响接缝初始抗弯刚度的保持,且轴力与初始抗弯刚度并非完全正相关,高轴力下初始抗弯刚度有一定下降;4)密封垫双道内外分布的负弯性能略优于正弯性能,密封垫双道外侧分布的负弯性能远超正弯性能;5)密封垫分布从轴力附加弯矩和核心区混凝土高度2方面影响了接缝的抗弯刚度;6)正弯矩下双道外侧防水性能优于双道内外的防水性能,而负弯矩下双道外侧防水性能较双道内外的防水性能差。由于具有更好的正弯性能以及至少有一侧密封垫受压的防水性能,密封垫双道内外分布的纵缝形式具有更好的适用性。

三维点云室内场景的语义实例联合分割网络

针对点云分割网络无法在复杂的室内场景中实现高精度分割的问题,本文设计了一种基于深度学习的语义实例联合分割网络,同时完成三维点云数据的语义分割和实例分割任务,主要包含多任务学习主干网络、特征融合模块和语义实例特征联合模块等。特征融合模块通过跳跃连接融合多个网络层,分别融合2个任务各自不同级别的特征,加强网络对数据中包含的信息的整合,并选取大型室内场景数据集S3DIS和部件分割数据集ShapeNet进行对比实验。实验结果显示,网络在数据集S3DIS的语义分割的总体准确率为86.5%,在数据集ShapeNet的语义分割类别交并比为83.1%,在数据集S3DIS的实例分割的平均精度为60.8%。语义实例特征联合模块通过多任务级的特征联合增加语义和实例的判别特征,提高了点云的语义分割和实例分割的准确率。

基于改进U-Net的白车身焊点定位研究

针对汽车白车身生产车间环境恶劣,光污染严重,视觉系统与其他装备相结合检测白车身焊点质量时难以准确定位、效率低下的问题,提出了一种改进U-Net的焊点分割算法。通过改进卷积结构更好地融合特征层语义信息,减轻网络结构;然后改进损失函数,融入注意力机制,在正负样本不均匀的情况下更好地挖掘前景,以获取不同尺度的空间特征并建立长期的通道关系。与原始的U-Net网络相比,所提RPSA-U-Net网络的Dice系数提高了8.76%,达到0.9836,MIOU提高了11.5%,达到0.9678,网络参数量减少7%。再结合图像处理方法找到焊点中心位置,效率和精度更高,具有应用价值。

马铃薯机械化收获技术进展与展望

马铃薯是我国第四大粮食作物,种植面积和产量均居世界第一,但机械化收获技术水平与快速发展的马铃薯产业仍然不相匹配,与欧美发达国家相比存在较大差距。为此,基于国内外马铃薯机械化收获技术研究现状,分别对马铃薯分段和联合收获中关键技术的研究进展进行归类和阐述,并对马铃薯机械化收获技术发展趋势进行展望,旨在为从事马铃薯机械化收获技术研究的工程技术人员提供参考。

预埋承插式接头错缝拼装盾构隧道受力性能及管片开裂原因分析

[目的]以上海轨道交通某区段新型隧道顶部管片开裂为背景,分析预埋承插式接头错缝拼装隧道在外荷载作用下变形特点及管片开裂原因,并提出此类隧道的运维侧重点。[方法]根据盾构推进时间、保护区历年变化及隧道收敛变形数据,分析了隧道管片开裂原因。并且发现顶部有无拼接缝的隧道环,在变形程度及裂缝产生方面存在差异。通过与相同环境下单圆通缝隧道收敛变形数据进行对比,得出了新型隧道与单圆通缝隧道受力性能的异同及相对刚度。[结果及结论]此次管片开裂是由侧方拔桩施工导致水平方向土压力变小以及正上方填土使得竖直方向土压力增大两者叠加产生的。顶部为整块管片的隧道环相较顶部为拼接缝的收敛变形更小,但容易开裂,运维时宜重点关注顶部为整块管片隧道环的收敛变形数据。新型隧道横断面刚度约为单圆通缝隧道的2.5倍,峰值处的荷载会传递到邻近的隧道环共同承担,使得隧道收敛变形较为平缓,隧道在外荷载消除后变形恢复能力更强。因这种裂缝而产生的渗漏水病害及通路很难通过隧道回缩愈合。

UHPC-RC节段组合梁的抗弯性能分析

为研究低预应力度条件下,不同节段接缝的超高性能混凝土-钢筋混凝土(ultra-high performance concrete-reinforced concrete,UHPC-RC)组合梁的抗弯性能,文章基于ABAQUS有限元软件,建立UHPC-RC节段组合梁的基准有限元模型,并利用已有的试验数据验证该模型的合理性。节段接缝分别为平面干接缝、平面胶接缝、齿键干接缝和齿键胶接缝,在基准有限元模型的基础上,进一步研究节段接缝类型对组合梁抗弯性能的影响。研究发现,在四点受弯加载方式下,接缝的几何特征(平面或齿键)对组合梁的极限荷载和开裂荷载影响较小,环氧树脂胶的使用对组合梁的抗弯性能影响较大。

顶进节段法最终接头工艺研究及应用

最终接头作为海底沉管隧道工程贯通管节,是整个工程的重中之重。结合大连湾海底隧道工程的特点及难点,调研现有的国内外沉管隧道最终接头的施工案例,开展顶进节段法最终接头工艺顶推回拉系统、纠偏系统、锁定系统、双层止水系统、施工工艺5项关键技术的研究及水下抗浮、回拉2项受力计算。经大连湾海底隧道最终接头施工验证,该工艺施工操作方便,施工周期短,船机设备投入少,造价低,施工工艺具有可逆性。顶进节段法最终接头在技术先进性、安全可靠性和经济效益等方面具有极大优势,可推广应用于类似沉管隧道工程中,具有显著的经济和社会效益。

穿越活动断层隧道抗错断措施研究

随着交通路网的不断完善,穿越活动断层的隧道工程正逐年增长,因此,断层错动作用下隧道的力学响应及损伤分析被广泛研究。另一方面,随着生命线工程的韧性设计理念的提出,穿越断层隧道的减灾措施也在成为研究热点。以穿越活动断层隧道工程为背景,分析了几种常见抗错断措施的适用性,以数值模拟为手段,从隧道的力学响应及损伤状态对铰接设计的抗错断效果进行了分析。结果表明:铰接设计目前具有最佳的适用性;不采用抗错断措施的情况下,在错动面附近会产生内力突变;铰接设计可使二衬的损伤范围及损伤程度大大降低;研究成果可为类似工程提供一定的理论支撑。

基于不同接头模拟方法的沉管隧道地震响应分析

沉管隧道是将沉管管节通过接头相连而成的纵向细长结构,接头的合理模拟至关重要。结合某沉管隧道工程提出两种接头模拟方法:沿截面均匀等效设置弹簧的方法和基于截面剪切键作用设置弹簧的方法。对于计算结果的对比分析表明:在纵向地震作用情况下由两种模拟方法得到的结果吻合较好,但在横向地震作用下沿截面均匀等效设置弹簧方法无法体现接头的抗剪特性。另外,横向地震作用时接头水平相对位移是纵向地震作用时的2~3倍,因此更应关注沉管隧道横向抗震性能。研究成果对沉管隧道合理简化模型的建立和应用有一定参考价值。

大连湾海底隧道最终接头方案比选

最终接头是沉管隧道建设的重难点之一,其施工工艺可分为多种。大连湾海底隧道依据现有工程经验和自身的建设条件提出了一种新型的最终接头形式——顶进节段法最终接头。通过综合比较,传统止水板法、顶进节段法、V形块体法3种最终接头施工工艺均适用于大连湾海底隧道。文章从结构受力、施工工期、施工安全、建设成本4个方面综合对比了3种最终接头施工工艺的特点。最终,确定顶进节段法最终接头为大连湾海底隧道的最终接头施工工艺。

承插式管片拼装误差仿真分析研究

为解决承插式管片在拼装过程中出现的误差累积问题,提出一种基于管片装配尺寸链的仿真方法,通过建立MATLAB仿真模型并采用蒙特卡罗法对管片拼装过程进行模拟分析。研究结果表明:1)管片纵缝接触面张角是管片成环拼装可靠度的主要影响因素,实际管片拼装中应严格控制纵缝接触面张角的偏差;2)多环管片拼装分析中,在相同管片拼装公差控制条件下,错缝拼装方式对应的管片环内拼装可靠度较通缝拼装方式高;3)对南京江心洲隧道工程采用的承插式管片拼装公差进行优化设计,拼装可靠度得到有效提升,管片拼装质量更高。