基于经验模态分解的点云数据平滑与增强

在计算机辅助设计与逆向工程应用中,针对缺乏拓扑连接关系的点云数据,提出了基于经验模态分解(EMD)的点云数据平滑与增强算法。首先,以点云模型的拉普拉斯矩阵坐标与法向的内积作为EMD输入信号,提取点云模型输入信号的极值点作为插值节点计算信号的上下包络;然后,为实现特征保持的EMD信号分解,通过检测点云数据上特征点,并在计算信号上下包络的过程中作为约束,克服传统EMD算法无法保持特征的局限;最后,迭代地从输入信号中减去上下包络的均值得到内蕴模态函数(IMF)和余量,并通过设计滤波器实现了点云数据平滑和增强。实验结果表明,本文算法有效地将EMD推广到三维散乱点云数据中,扩大EMD在三维几何中的应用范围,并在点云数据平滑和增强方面取得了很好的效果。     

纤维复合材料激光加工进展及航天应用展望

纤维增强复合材料(FRPs)因其优异的力、热、电磁、化学等性质被广泛应用于航天、航空等领域。作为一种各向异性、非均质的难加工材料,纤维复合材料的传统加工方式存在精度、损伤及效率等问题,为其激光加工技术的快速发展提供了机遇。综述了激光加工技术在实验研究、理论与仿真等基础研究方面的进展,分析研究热点和发展趋势,指出纤维复合材料超快激光加工存在的问题及挑战;报告了纤维复合材料在激光切割与制孔、激光铣削、激光表面处理和连接技术、激光辅助成形等方面的研究及应用进展;针对航天器(特别是空间飞行器)先进制造应用,提出了纤维复合材料产品激光宏观加工和激光微细制造技术的潜在应用方向,展望了实现应用所需发展的工艺装备,以期为后续该类材料产品的激光加工应用提供参考。     

尺度自适应模拟的网格尺度关联分析

采用尺度自适应模拟（SAS）对雷诺数3 900的圆柱绕流展开数值模拟,对比分离涡模拟（DES）的计算结果和已有文献中的实验数据,系统研究了SAS和网格尺度的关联性问题。详细研究了不同网格分辨率和展向计算域的影响,分析了冯卡门尺度在尾迹区的时均湍流统计特性和瞬时分布规律。结果表明:在相同的网格分辨率下,SAS预测的回流区长度小于大涡模拟（LES）,表现出较早的剪切层失稳;网格加密后,SAS预测的回流速度增大、雷诺应力峰值降低,计算结果与Lourenco & Shih的实验结果相接近。此外,在相同网格分辨率下改变展向计算域大小对SAS结果的影响很小。对SAS的网格尺度关联分析可以为该方法的工业应用提供指导。      

Stewart平台局部灵活度的解析研究

本文详细分析了Stewart平台的输入、输出速度，误差，力（力矩）与平台灵活度指标间的关系。对平台初始位姿时的雅可比矩阵进行了推导，用解析的方式求出它的奇异值。由此构造了Stewart平台最小奇异值、条件数、可操作性三种常用的局部灵活度评价指标，并对其进行解析研究，得到Stewart平台的这些局部灵活度与其结构尺寸间的解析关系，为Stewart平台性能指标的评价及其尺度综合提供了一种较好的依据。     

基于可变形卷积与特征融合的机场道面裂缝检测算法

机场道面裂缝具有形态多变、宽度狭小、长短不一、且空间走势呈自由曲线的不规则特征,现有算法检测效果不佳。针对此问题,本文构建了一种基于可变形卷积与特征融合的神经网络（Deformable convolution and feature fusion neural network,DFNet）模型。首先由可变形卷积模块来强化特征提取网络对裂缝形态特征的学习; 然后经多尺度卷积模块捕获不同感受野下裂缝的全局信息;最后通过特征融合模块来提取裂缝不同层次的特征,通过融合裂缝低级特征与高级特征,实现对机场道面裂缝的准确分割。在采集的实际机场道面裂缝数据集上,与其他6种现有算法进行了对比实验,本文算法在像素级分割的F1-Score上达到了90.95%,效果优于全部对比算法。DFNet算法提高了对机场道面裂缝检测的能力,实验结果表明本文算法较好地达到了工程实际要求。     

多尺度网格细胞路径综合方法

为实现无人作战飞机(UCAV,Unmanned Combat Aerial Vehicle)认知导航的空间方位自主推算,提出了一种基于多尺度网格细胞的路径整合方法.该方法模拟背侧内嗅皮层(dMEC,dorsal Medial Entorhinal Cortex)的相同区域网格细胞放电特征相同、不同区域放电特征递增变化的特点,构建尺度递增的仿生多尺度网格图组,在各层中引入突触样式(synaptic pattern)计算各细胞权值,通过细胞的活跃度变化表征各网格层中位置的变化,并在各层分别实现路径整合,进而利用低尺度整合结果调整高尺度整合,提高空间位置的推算精度.实验结果表明,所提方法在一定的速度误差与方向误差范围内能够精确推算方位,具有较高的空间位置推算精度,并且方向误差值随运动方向变化呈锯齿状分布.     

基于Driscoll凹腔稳焰模型的超声速燃烧火焰稳定尺度效应研究

为了研究超声速燃烧室尺度放大后,保持火焰稳定边界相对于基准燃烧室不变,凹腔火焰稳定器几何参数应遵循何种放大准则的问题,基于已有的Driscoll凹腔稳焰数学模型,采用典型的单凹腔矩形截面燃烧室作为基准燃烧室,分别计算基准燃烧室在贫燃和富燃状态时的火焰稳定准则数DaNP,再按照燃烧室尺度放大定义写出尺度放大燃烧室的稳焰准则数表达式Da''NP,将稳焰边界不变作为约束条件,构建尺度放大准则方程式DaNP= Da''NP,求解准则方程式获得凹腔几何参数放大准则表达式,绘制准则特性曲线,分析归纳近似准则,并通过数值计算方法初步验证准则的有效性。采用Driscoll凹腔稳焰模型的尺度效应分析结果表明,燃烧室放大一定倍数n后,无法通过调整凹腔长度和深度放大倍数k1和k2使得贫燃熄火边界保持不变;但是,可以通过调整参数k1和k2使得富燃熄火边界保持不变,此时凹腔几何参数遵循的放大准则近似为 k1≈k2≈n1/4。     

RTK辅助的单目视觉地图构建与恢复方法

针对单目视觉SLAM在复杂场景下跟踪失败导致地图丢失的问题,提出了一种利用RTK信息辅助单目视觉的自动化地图构建与恢复方法。在视觉跟踪失败后,设计了一种自动化恢复地图构建方法,基于RTK信息的辅助,采用坐标变换算法处理丢失前的地图并将其融合到当前地图构建中,在提高建图效率的同时,最大程度地减少了地图信息的缺失。实验仿真结果表明,该方法可以解决系统无法继续跟踪建图的问题,与原始地图相比,其融合后构建的地图在保证全局一致性和完整性的基础上,可以保持米级的估计精度。     

基于改进型近场动力学方法的复合材料单向板变形与破坏分析

针对复合材料单向板的变形与破坏问题,采用经典的键型近场动力学(Peridynamics,PD)理论进行建模分析,利用基体键与纤维键描述单向板宏观各向异性,同时在基体键中引入反映长程力尺寸效应的核函数修正项改进近场动力学本构模型,构建相应的准静态数值求解体系。使用传统PD模型与改进型PD模型对单轴拉伸单向板变形进行定量计算,二者所得计算结果较理论解相对误差分别为3.5%和1.7%,表明改进型PD模型具有更高的定量计算精度。开展含不同角度中心裂纹单向板单轴拉伸破坏试验与数值模拟,二者所得单向板最终破坏形式与破坏特点均吻合,表明当前模型与方法能够有效处理单向板的破坏问题。最后对纤维角度为0°单向板的拉伸破坏过程展开模拟分析,结果表明单向板在前期主要出现基体开裂,当裂纹扩展至夹持区域后,结构出现纤维断裂,最终形成贯穿整个结构的断面导致单向板发生破坏。     

局部特征尺度分解改进算法

针对局部特征尺度分解估计包络曲线时未考虑其凹凸性的问题,提出了一种改进的算法。首先,利用3次样条插值方法进行均值点估计,结合前向以及后向插值2种方法,给出了双向形式;其次,参照标准算法,给出了具体的改进算法实现步骤;最后,通过仿真实例验证了有效性。