图像测温法用于转炉炼钢终点控制

目前转炉炼钢中常用插入式热电偶测定钢水温度,再结合人工经验判断来控制炼钢终点.这种方法成本高且效率低.为了在线动态地实现转炉炼钢的终点控制,设计新的非接触式测温系统.该系统基于连续采集到的转炉炉口火焰图像,利用已建立的彩色CCD三色测温模型演算出火焰温度,得到吹炼过程中的温度变化曲线.实验表明,该方法为转炉炼钢的终点控制提供了相对便捷的判定方法.     

基于火焰彩色纹理特征的转炉炼钢碳含量预测

连续实时测量碳含量是转炉终点钢水碳含量控制的关键.针对转炉终点炉口火焰图像相似性高导致难以提取具有较强区分性火焰图像特征的问题,提出一种图像彩色纹理特征提取方法——四元数方向统计量(QDS)算法.首先,利用四元数乘法特性对火焰图像进行旋转操作得到火焰图像的四元数旋转图谱;其次,以旋转图谱指定方向和距离上像素差值的四元数...     

基于辐射信息分析的转炉终点控制回归模型

为了在线判定转炉炼钢的终点,从研究转炉炉辐射信息的角度入手,利用光纤谱分复用和DirectShow技术设计了炉口辐射多频道信息获取系统,分析并发现了光强与图像特征信息在炼钢吹炼过程中存在着初期逐步变大、中期剧烈振荡、临近终点时两者出现了相反的变化趋势.在此基础上,运用回归方法建立起不同炉次终点时刻的数学模型.模型的显著性检验结果为:样本决定系数为0.98,F检验值为416.19,远大于临界值2.36,表明模型显著且拟合程度好.模型的实验预测精度为91.7%,适合转炉在线终点控制和快速出钢模型的要求.     

光强与图像信息在转炉炼钢终点判断中的应用

介绍一种新型、基于炉口光强及火焰图像信息且能够适应炼钢现场恶劣环境的终点在线测量控制方法及测试系统,以实现炼钢在线终点控制.该方法在线实时检测炼钢转炉炉口辐射光的光强及火焰图像,并据此对炼钢终点进行判断.实验结果显示炉口光强及图像在冶炼终点存在显著变化规律,进而所获得的炉口光强及火焰图像信息可用于转炉炼钢在线终点控制.     

大空间火灾火焰图像分割区域的静态特征描述与提取

大空间火灾的有效检测对预防火灾、保护人员生命财产安全有着至关重要的作用。基于火焰视频图像的检测结果,对分割出的火焰图像进行静态特征描述和分析,提取出火焰候选区域的多种定量特征描绘子,并从颜色特征、纹理特征和形状特征这三个方面来描述火焰影像区域的静态视觉特性。试验结果表明利用火焰影像的颜色矩特征能够区分一般干扰物体;利用纹理特征能有效排除与火焰像素颜色相近的干扰物体;同时,采用圆形度作为火焰图像区域的形状特征描绘子也能排除常见的干扰模式,从而对火灾事件进行准确而有效的识别,减少识别误报率。     

烧结机火焰图像的小波去噪及亮度特征分析

烧结机尾矿料断面火焰图像中蕴含着大量的与烧结终点关联的信息,但图像中含有的噪声及光晕干扰影响了对图像信息的利用,为此采用多尺度小波阈值方法分别对火焰断面图像和图像亮度变化曲线进行去噪处理。首先,连续采集机尾烧结矿料断面火焰视频并转化为1 522帧序列图像;其次,采用多尺度小波阈值分解方法提取火焰目标图像的小波系数,对图像进行去噪、分割处理;再次,提取滤波后的火焰图像亮度特征,得到火焰序列图像的连续亮度变化曲线,并通过计算不同区间序列亮度曲线下的积分面积对火焰燃烧状态进行分析;最后,对火焰图像亮度曲线再次进行小波分解、系数提取及信号重构,获得平滑的火焰亮度特征变化曲线。     

改进MTBCD火焰图像特征提取的转炉炼钢终点碳含量预测

转炉炼钢终点时刻炉口火焰的颜色和纹理与钢水碳含量之间存在对应关系，为了提取有效的火焰图像特征以准确预测钢水碳含量，结合火焰纹理多方向多尺度等特点，提出一种改进的多趋势二进制编码彩色纹理特征表述方法。考虑颜色通道间的相关性，通过颜色通道融合策略得到火焰图像的彩色纹理表示；采用多尺度非均匀采样策略选取各尺度范围内的采样点来构建彩色纹理的多尺度表达；根据中心点对称方向和对角线对称方向上采样点不同的变化进行多趋势编码，得到彩色纹理特征，选用广义回归神经网络模型预测碳含量。实验表明，碳含量预测在误差范围0.02%以内的准确率为95.7%。     

炉口火焰光谱驱动的炼钢终点控制

为自动炼钢过程中炉口火焰光谱数据的有效特征提取提供一种快速算法,实现自动炼钢过程的碳含量和温度值的动态预报,以推动智能炼钢进程。本研究采用分波段最小二乘拟合算法对炉口火焰光谱信息的稳定特征进行提取,采用小波分析方法对炉口火焰光谱信息的不稳定特征进行提取,构建了时间、光谱数据主特征、累计耗氧量、碳含量、温度值等一一对应的样本集,借助极限学习机拟合算法构建了不同条件下的自动炼钢过程的碳含量和温度动态预报模型,通过预测误差矩阵、炼钢初始条件实现了基于支持向量机的动态预报模型分类,为不同条件下的样本提供最优的动态预报模型。研究结果表明:应用分波段最小二乘拟合算法和小波分析算法提取的炉口火焰光谱信息的稳定特征和不稳定特征,可以很好地反映全光谱信息;基于绝对误差设计交叉实验,得到的样本类别、预测模型类别和样本初始条件之间呈现出了一致性;光谱信息数据挖掘可以为自动炼钢过程中碳含量和温度值的动态预报进行修正标定,为炼钢终点的控制提供支持。     

多特征融合视频火灾识别研究

针对目前的视频火焰检测算法容易受到复杂场景、光照条件的影响,算法的实时性较差且容易误判等问题,提出一种红外视频图像自适应背景更新疑似火焰区域检测与改进层次分析法多特征融合火灾火焰识别方法。利用改进型自适应背景更新运动目标检测来获取红外视频图像中疑似火焰区域,消除背景干扰,提高火焰静动态特征的提取效率,将火焰的多种特征用三标度改进层次分析法进行融合,实验结果表明该方法对火焰的识别效果更加快速、精确、有效。     

T2加权人脑MR体数据的脑提取

为了实现人脑T2加权MR图像的脑组织和非脑组织的分割,提出了一种基于三维形变曲面模型和数学形态学算法的MR T2图像脑提取方法.该方法分为两级提取:第一级提取依据脑解剖学知识,影像学知识及T2加权MR脑图像的组织在灰度直方图中的分布规律,应用三维形变曲面模型和区域生长实现脑的初级提取;第二级提取则根据图像的局部信息,应...     

刚柔耦合柔性机械手二阶理论精准建模及实验研究

基于动边界条件和三种变形理论,选取Euler-Bernoulli梁模型,采用假想模态法并结合拉格朗日方程建立了双关节柔性机械手的精准动力学模型。根据理论计算仿真结果分析了动边界条件和变形理论对双关节柔性机械手理论建模精准性的影响,并通过实验对比双关节柔性机械手在不同动边界下理论模型和实验条件下的模态频率,验证了转动自由梁模型与实际工况更为贴近。     

含间隙曲柄滑块机构运动副动态磨损研究

含间隙曲柄滑块机构中运动副的润滑情况不同于滑动轴承,其相对速度不足以形成动压润滑而处于边界润滑状态下.为了分析此状态下的动态磨损问题,考虑到含间隙运动副边界润滑时轴套的切向弹性变形和切向阻尼,结合考虑间隙运动副碰撞接触的非线性弹簧阻尼模型,提出边界润滑条件下的间隙副接触力模型,进而在此基础上推导出间隙副的动态磨损模型,并对含间隙曲柄滑块机构的运动副动态磨损进行数值分析.计算结果表明副元素间呈现出连续弹性变形现象,在连续变形接触处,动态磨损量较大使磨损加剧,并出现非均匀磨损.     

网格曲面上自由形状特征设计重用

针对目前网格曲面上复杂特征重用困难的问题,提出一种保细节的特征重用方法。借助于拉普拉斯坐标蕴含的曲率、法矢等微分几何信息,提出基于微分坐标的重用特征边界环参数化方法,具有保长度、保曲率和保形状的特性,减小特征边界环从兴趣区域映射至目标区域时所产生的形变。采用离散测地极坐标方法对目标网格进行局部参数化,按照参数坐标一致原则将重用特征的边界环映射至目标网格的指定区域,并以映射后的边界环顶点位置和法矢信息为约束边界条件,基于旋转不变量的改进拉普拉斯变形框架,对重用特征进行变形操作,使重用特征与目标区域实现自然过渡。所提特征设计重用框架无须对重用特征本身参数化,因而可以重用任意复杂的特征,且对特征的亏格数亦无限制。试验结果表明,所介绍方法健壮、有效,可用于复杂特征的迁移式设计重用。     

超高压气动吹除阀动态特性及仿真研究

介绍了超高压气动吹除阀的工作原理,根据实际气体状态方程,建立了超高压气动吹除阀数学模型。采用MATLAB/Simulink进行仿真,分析了结构参数和边界条件变化对超高压气动吹除阀动态特性的影响。研究结果对超高压气动吹除阀的优化设计具有理论指导意义。     

Dynamic finite element method for generally laminated composite beams

A dynamic finite element method for free vibration analysis of generally laminated composite beams is introduced on the basis of first-order shear deformation theory. The influences of Poisson effect, couplings among extensional, bending and torsional deformations, shear deformation and rotary inertia are incorporated in the formulation. The dynamic stiffness matrix is formulated based on the exact solutions of the differential equations of motion governing the free vibration of generally laminated composite beam. The effects of Poisson effect, material anisotropy, slender ratio, shear deformation and boundary condition on the natural frequencies of the composite beams are studied in detail by particular carefully selected examples. The numerical results of natural frequencies and mode shapes are presented and, whenever possible, compared to those previously published solutions in order to demonstrate the correctness and accuracy of the present method.     

Self-sustained Oscillation Pulsed Air Blowing System for Energy Saving

Currently, many studies have been made for years on dimensions of pneumatic nozzle, which influence the flow characteristic of blowing system. For the purpose of outputting the same blowing force, the supply pressure could be reduced by decreasing the ratio of length to diameter of nozzle. The friction between high speed air and pipe wall would be reduced if the nozzle is designed to be converging shape comparing with straight shape. But the volume flow and pressure, discussed in these studies, do not describe energy loss of the blowing system directly. Pneumatic power is an innovative principle to estimate pneumatic system's energy consumption directly. Based on the above principle, a pulse blowing method is put forward for saving energy. A flow experiment is carried out, in which the high speed air flows from the pulse blowing system and continuous blowing system respectively to a plate with grease on top. Supply pressure and the volume of air used for removing the grease are measured to calculate energy consumption. From the experiment result, the pulse blowing system performs to conserve energy comparing with the continuous blowing system. The frequency and duty ratio of pulse flow influence the blowing characteristic. The pulse blowing system performs to be the most efficient at the specified frequency and duty ratio. Then a pneumatic self-oscillated method based on air operated valve is put forward to generate pulse flow. A simulation is made about dynamic modeling the air operated valve and calculating the motion of the valve core and output pressure. The simulation result verifies the system to be able to generate pulse flow, and predicts the key parameters of the frequency and duty ratio measured by experiment well. Finally, on the basis of simplifying and solution of the pulse blowing system's mathematic model, the relationship between system's frequency duty ratio and the dimensions of components is simply described with four algebraic equations. The system could be designed with specified frequency and duty ratio according to the four equations. This study provides theoretical basis for designing energy-saving air blowing system.     

A p-type finite element solution for the simulation of O2 transport in articular cartilage tissue: heterogeneous and porous media

The partial pressure of oxygen (pO2) is suggested to have a regulatory effect on chondrocyte biosynthetic activities, and its effect during expansion is unknown. The authors hypothesize that oxygen tension due to mechanical deformation or swelling could be as important as direct mechanical effects on cell biosynthetic activities. While there are plenty of studies on measuring and/or modelling pO2 in articular cartilage (AC) for static (rest) conditions, to the best of the authors' knowledge there are very few such studies on pO2 in AC for dynamic conditions such as swelling or tissue deformation. In this study, it is attempted to develop a model to study the dynamics of oxygen transport in AC. A high-precision hybrid element is designed using the p-type finite element method, by which diffusion and convection are incorporated as a single element. A domain decomposition method is used that allows the use of a different type of discretization with independent discretization variables in non-overlapping sub-domains, for a generic three-dimensional approach to elliptic boundary value problems of order 2 or higher. The formulation developed in this study might be used in determining the necessary flow conditions to cultivate tissue constructs in tissue repair and tissue engineering.     

单元尺寸在混合陶瓷球轴承动态特性分析中的影响研究

在建立混合陶瓷球轴承6801CE的二维有限元接触模型的基础上,采用不同的单元长度对模型进行网格划分,并施加8种不同的载荷进行求解,得到了接触变形图,通过分析比较获得了轴承的滚动体与内外套圈接触的边界条件,为分析混合陶瓷球轴承6801CE的三维动态特性奠定了基础。     

基于热力转换机理仿真圆柱体零件形体边界约束的热变形

提出了热变形精确分析理论与一种仿真方法以保证热误差影响下机械零件的最佳配合。从微观分子力学理论出发,在充分考虑材料属性、温度以及形体边界约束对热变形影响的基础上,提出了热力转换热变形分析理论,将零件热变形问题等效为力变形问题。针对一组铝制空心圆柱体零件进行了热变形测量实验,给出了基于ANSYS Workbench仿真环境的热力转换热变形仿真方法,并对比分析了实验结果与仿真结果。结果显示:铝制空心圆柱体零件受高温变形时,不同内外径尺寸的空心圆柱体其热膨胀系数是不相同的;外圆径向热膨胀系数大约是内圆径向热膨胀系数的2倍;基于热力转换理论的仿真结果与实验结果吻合较好,吻合度达到98%以上,验证了热力转换热变形分析理论的合理性和有效性。提出的方法弥补了ANSYS Workbench传统热分析完全忽略形体边界约束影响零件热变形的缺陷,为后期热鲁棒性结构设计提供了重要参考。     

特征弦约束随机Hough变换在椭圆检测中的应用

为了提高复杂图像中椭圆/类椭圆的检测效率及精度,提出了一种基于特征弦约束的随机Hough变换(RHT)思想的椭圆检测改进方法,借助特征弦的几何约束及特征弦端点的法向约束,大幅度降低RHT的无效采样和累积次数。通过对边缘图像中像素点的有效分布进行分析,建立用于存储特征弦的端点信息的二维数组累加器,在边界点提取之前利用椭圆幂剔除虚假椭圆中心的干扰,不仅能够提高空间采样点的可靠性,同时降低无效采样点的累积概率。实验表明,该算法具有更高的运行速度和检测精度,同时对于形变较大,轮廓缺失严重及噪声具有较强的抵抗能力。