复杂固体边界流场的三维 PIV 测试技术：任意三维边界识别算法

针对复杂固体边界三维流场的 PIV 测试应用,以及流固耦合实验研究中流场和固体结构特征的瞬态同步测试需求,发展了一种基于双相机布置形式的任意三维边界识别算法以精确获取三维表面几何信息;并以基于MLOS-SMART 三维粒子场重构的 Tomo-PIV 算法计算三维速度矢量场,可同步获取三维表面结构运动／变形信息和三维瞬态速度场。这一边界识别算法基于 SURF（加速稳健特征）模式识别算法进行三维曲面重构,可以确定流场中三维物体结构的边界特征。论文采用双相机布置方式获取了三种不同曲率的圆柱曲面图像,验证了所发展的三维边界识别算法的准确性。最后以圆柱绕流 Tomo-PIV 数字合成粒子图像序列为验证对象,采用所发展的边界识别算法和 Tomo-PIV 算法分别高质量地计算出圆柱曲面信息和三维速度场。     

开曲面构件的多层铺丝路径生成算法

提出了一种多层铺丝的路径生成算法,用于成型自由型开曲面构件.给定芯模曲面和铺放角度后,首先,创建平面与相关偏置曲面相交,交线作为初始路径,进而在各曲面上连续等距偏移至边界;然后,变换平面和对应偏置曲面重复上述过程,实现多层铺丝路径的生成;最后给出了仿真实验并验证了该算法的简单与可行.与前人的成果比较,推导出了明确统一的路径生成方程,同时为多层铺丝提供了相关算法.     

一种多张裁减曲面的三角化边界处理算法

针对多张裁减曲面的三角化问题，提出一种裁减曲面三角化边界处理的算法。该算法在进行多张裁减曲面的三角化时，采用匹配的方法离散各曲面的边界，因而能有效地防止曲面相交处出现裂缝，孔洞和覆盖等现象，提高了多张裁减曲面三角化算法的正确性。该算法已经成功应用于“超人ＣＡＤ／ＣＡＭ”曲面造型及加工系统，主要用于快速原型技术（ＲＰＴ）的ＳＴＬ文件生成，算法表现稳定。     

特征自适应的飞机大型蒙皮曲面测量系统与测量规划

针对飞机蒙皮零件外形准确度要求高、制造尺寸大和外形复杂的特点,以及人工手动扫描测量工作量大、效率低的问题,搭建了基于移动机械臂的柔性测量系统,并提出一种特征自适应的多站位自动化扫描规划方法,以实现飞机大型蒙皮曲面的三维测量数据自动化采集。首先构建了柔性测量系统与待测对象坐标系变换模型,分析扫描规划与执行过程中数据的传递关系,并通过视觉定位实现系统相对位姿估计。然后通过特征敏感的扫描路径点生成、效率优化的扫描站位规划以及扫描轨迹规划,实现了基于扫描效率和扫描完整性约束的特征自适应扫描规划。最后,搭建了一个基于机械臂与移动平台的柔性测量系统,并以4个真实飞机零部件作为测量对象,从扫描效率与扫描完整性方面对所提出的自动化扫描方法与手动扫描方法进行对比,并设计试验进一步验证了系统测量精度,结果验证了所提方法替代手动扫描测量方法的可行性。     

基于动态窗口法的一发失效应急路径规划方法

提出基于动态窗口法的一发失效应急路径规划方法,首先,考虑一发失效规范要求及地形障碍物限制,将三维路径规划问题转化为二维问题,并利用MATLAB求解得到重要障碍物。其次,根据假设,建立平面运动模型及动态窗口参数,引入评价函数求解最优路径。最后,以某机场为实例,对机场三维SRTM高程进行处理分析,并利用MATLAB编程实现动态窗口法生成一发失效应急路径,所得路径与现有程序路径基本一致,验证了该方法的有效性。     

改进的等残余高度加工自由曲面刀具路径生成算法

提出了改进的等残余高度算法用于加工自由曲面刀具路径生成。算法在生成相邻刀具路径轨迹时分两步,首先根据当前刀具路径轨迹,采用了Newton-Raphson迭代法精确求取刀具运动包络体上的点到自由曲面的距离,结合给出的Newton迭代法的迭代角度初值计算方法,精确求取满足要求的等残余高度点构成等残余高度线;然后根据求取的等残余高度线精确求取相邻刀具路径轨迹,求取过程类似。验证实例表明,该方法可极大地减少刀具路径轨迹长度,均匀曲面加工残余高度,提高曲面加工质量。     

基于数字地图预处理的实时航迹规划

地形跟随／地形回避，威胁回避（TF／TA2）实时航迹规划是自主式TF／TA2低空突防系统的关键技术之一，本文在数字地图预处理技术的基础上，提出了完全曲面的概念，从而使三维最优航迹规划转化为在安全曲面上的二维规划，降低民规划维数，减少了存储量和计算量，提高了实时航迹规划的速度，使之更适于在机载条件下实现，文中同时提出了对未预知崦由机载传感器实测到的障碍和威胁的处理方法，使最优航迹能有效地回避这些障碍和威胁，仿真结果表明，文中所提出的实时航迹规划算法是有效的。     

基于Voronoi图的快速成型扫描路径规划

平面轮廓边界偏置线的生成策略是螺旋扫描路径规划的关键,也是影响激光快速成型精度和效率的重要因素。文中论述了基于V orono i图理论的螺旋路径规划方法,主要内容包括:继承波阵面传播法思想的多连通域V orono i图算法;在分析内点特性的基础上提出了两个概念和两个相关定理,并以这两个定理为基础提出了处理量更小的优化内点查找算法;偏置线生成及螺旋扫描路径的生成等。对于单连通域和多连通域的问题有着一致的处理思路,算法上更易实现,并且对单、多连通域使用统一的数据存储结构,方便工程应用。     

自由曲面构件的纤维铺放路径规划

针对复合材料纤维铺放工艺及其设备控制的特点,提出了复合材料构件CAE/CAM一体化纤维铺放路径优化设计方法。通过对构件模型的有限元分析,获得构件的内部应力分布,根据主应力的大小和方向合理规划出若干基准纤维铺放路径;提出了基于等距线、等分点原理的两种算法,对基准铺放路径进行均匀密化,实现整个构件曲面的纤维铺放路径规划;讨论了铺丝宽度和铺放精度的控制策略,并给出了铺放头压辊中心控制轨迹,以满足纤维铺放机械手的控制需求。     

电弧熔丝增材制造复合填充路径规划算法

合理的路径规划可以提高电弧熔丝增材制造成形零件的表面质量和强度。针对电弧熔丝增材制造的特点,将多种增材制造路径规划算法相结合,提出了一种复合路径规划算法,实现了单空洞截面的填充,并进一步讨论了其他类型截面的路径规划方法。在填充截面过程中,内外表面采用轮廓偏置路径填充,保证了零件的表面质量;零件内部采用改进的扫描线算法进行填充,减少了空行程,提高了成形效率。实验验证了本文算法填充复杂截面轮廓的可行性。     

裁剪NURBS组合曲面的数控加工算法研究

从工程应用角度出发，结合国产化ＣＡＤ／ＣＡＭ系统开发的需要，提出了一种裁剪ＮＵＲＢＳ组合曲面精加工平截面刀具轨迹的生成算法。在裁剪ＮＵＲＢＳ曲面等距面的生成、平面与裁剪ＮＵＲＢＳ曲面等距面的求交等几何操作算法的基础上计算刀具轨迹；并通过交线的排序和优化进行干涉检查与消除，解决了组合曲面加工编程中曲面之间存在的断开，裂缝，局部搭接现象的刀轨生成问题。     

基于三角化的复杂曲面五坐标数控加工轨迹的计算方法

ＣＡＤ／ＣＡＭ系统中复杂曲面数控加工刀轨的计算能力在工业中有极其重要的作用。本文介绍一种复杂曲面五坐标加工轨迹生成及干涉处理算法，即把曲面用小三角片离散逼近，并用连通图建立所有三角片之间的拓扑关系，在此基础上生成刀轨，并进行干涉检查及刀位修正     

收敛形进气道数值研究的验证

介绍一种新型的、具有最小喉道面积的三维高超声速进气道 (称之为收敛形进气道 )的数值和实验研究结果。表明使用这种形式的进气道 ,在整个飞行速度范围内可以降低阻力和高超声速发动机表面的热防护要求 ,通过降低外压缩表面的倾斜度和减少进气道及燃烧室壁的面积就可以做到这一点。在采用低维次流动的气体动力设计方法的基础上设计成这种形式的进气道。计算是在无粘气体模型构架内用有限体积法进行的。同时用边界层方程计算出计及粘性的气流特性和进气道特性。数值算法是通过收敛形进气道的有限宽楔形外压缩表面的计算和实验数据来验证的。进行实验研究的马赫数M=2～ 1 0 7,基于模型进气道高度的雷诺数Re=( 1～ 5) × 1 0 6。数值计算与实验结果一致性很好。这些结果也和通常的二维进气道的数据作了比较。     

基于实体的三轴数控精加工研究

在获得了零件几何信息和加工参数信息后，实体精加工算法能够自动计算零件在某一个加工方向上所有可加工曲面的球头刀精加工刀具轨迹。采用虚过渡的处理方法，计算实体的曲面等距模型。提出了利用贯穿线对交线进行规整处理，高效地获得无干涉的精加工刀具轨迹。基于实体的数控精加工编程丰富了数控精加工编程方式，降低了数控编程的操作复杂程序度，减少了产生错误的可能性，具有工程实用性。     

一个简单有效的单值曲面消隐算法

本文给出一个在矩形定义域上单值双变量函数和单值插值光顺曲面的计算机图象显示中消去隐藏线的算法。该算法简单有效、存贮量小、实施快速,其子程序具有一定的通用性,可用于矩形定义域上所有类型的单值曲面的消隐问题,适用于各种类型的图象输出设备。该程序可以很容易地加到现有的任意单值曲面的造型程序中,对该曲面进行消隐处理。     

基于LPV模型参考自适应飞行边界保护控制

进行有效的飞行边界保护控制有利于预防飞行失控。研究了一种基于线性参数变化(Linear parameter varing,LPV)模型参考自适应飞行边界保护控制方法。基于函数替换方法构建了仿射参数依赖LPV飞行动力学模型,通过调度变量的动态变化来减小与全量非线性动力学模型的失配。将实时飞行边界保护转为有约束广义预测控制问题,设计了数值算法以实现对舵偏角控制量及其增量、飞行状态参数的边界保护。通过仿真分析表明,LPV模型能够较好地逼近全量模型,反映出瞬时飞行动态;通过有约束广义预测控制数值算法能够有效地实现飞行边界的保护控制。     

ADI-FDTD在激励源和完纯导体边界处的精确格式

证明了当采用交替方向隐式时域有限差分法(AD I-FDTD)计算时,完纯导体和激励源处的算法格式与无源空间的算法格式不同,并推导了AD I-FDTD算法在源和完纯导体所在网格处的精确格式。利用常规的FDTD、无源空间的AD I-FDTD以及在源和导体处采用精确格式的AD I-FDTD,分别计算了点源激励的在自由空间传播的二维TE波、TM波垂直入射于金属条带FSS的散射场。计算结果表明,如果计算域中包含导体或激励源,直接采用通常的AD I-FDTD格式会带来很大的计算误差,而采用该精确格式后,计算结果与FDTD的计算结果吻合,从而证明了本文导出的AD I-FDTD在导体和激励源处的精确格式的正确性和使用的必要性。     

多孔介质传热传湿过程多层不连续问题的数值分析

提出了一种基于有限体积法预测非线性边界条件下多层多孔介质内的传热传湿过程的数值分析方法。求解过程中考虑了瞬态边界条件，从而避免了通常处理中边界条件设定为常数而给计算带来的误差，对于多层多孔介质每一层物性参数的非连续性，采用了有效的有限差分逼近处理。利用该处理对典型的三层墙体层与层界面处相对湿度的瞬态值进行了预测，计算结果与Liesen R J等的传递函数求解方法符合很好。     

基于实值编码遗传算法的起重机伸缩臂结构优化

实值编码遗传算法(RCGA)的染色体空间和问题解空间是同一个空间，较好地解决了二进制编码遗传算法(BCGA)存在的求解精度和冗余代码等问题；给出了改进的交叉和变异操作算子；RCGA自然集成工程领域知识．弥补BCGA语义的不足．就实现而言．RCGA可有效继承常规数值算法的代码。因此，RCGA更适合有连续变量的复杂的工程数值优化问题。本文建立了多工况的基于惩罚的RCGA模型用于起重机伸缩臂的优化设计，该模型比常规方法更符合工程实际，优化结果令人满意，证明RCGA在工程设计中有实用意义。