基于曲率积分算法的热轧车板变形误差补偿重构研究

当薄板材料受到载荷和弯矩共同作用时,会产生局部区域弯曲以及形成明显扭转的状态。为了对薄板变形重构效果进行有效分析,设计了一种面向误差补偿的热轧车板变形曲率积分重构方法,并展开试验测试分析。利用薄板表面曲率参数计算分布应变程度,对垂直轧制方向完成曲率的样条插值,获得薄板沿平行轧制方向变形参数,采用以上变形曲线组成边界条件,完成插值计算,最终实现薄板整体结构变形重构。研究结果表明：持续增加载荷过程中,重构方差也随之增大,最大误差则出现减小。相对切角递推算法,采用曲率积分算法有助于获得更低误差,达到更优重构效果,表现出更高计算效率。该研究对提高板带轧制过程中的成形精度,以及控制稳定性具有很好的实践价值。     

基于Frenet-Serret框架的OFDR三维形状重构算法研究

为了更深入地研究光频域反射法（optical frequency domain reflectometry, OFDR）在形状检测,有效计算变形监测等应用场景下光纤的形状和位置,设计了一种利用分布式光频域反射技术测得的光纤应变数据来重构三维形状的算法。与已有算法相比,在数据处理环节加入了样条插值,从而使得形状还原精度提高,并利用仿真实验对算法进行了验证。首先设计了通过应变数据得到三芯光纤曲率和弯曲方向采样值的计算方法,结合Frenet-Serret公式构造了曲线方程;然后利用有限元分析软件对空间S形应变数据进行建模并提取,带入已设计的算法求解,在三维空间中重建S形光纤;最后得出位置误差随着光纤长度的增加逐渐增加,均方根误差计算结果为0.996 mm,单位长度误差最大值为0.082 4%。结果表明,该算法能较好地恢复原始曲线,具有一定的工程价值。     

一种基于插值拟合的复杂刀具轨迹在线平滑压缩算法

提出了一种基于插值拟合的在线复杂刀具轨迹平滑压缩算法,该算法依据主导点的选取策略,对原始数据点进行离线预处理,然后进行主导点的在线插值拟合以及非主导点的误差检测,进而生成一条满足拟合精度要求的B样条曲线。主导点依据离散数据点的曲率阈值、曲率极大值、曲线拐点,以及分段Bezier曲线逼近拟合后的误差最大值点进行选取。在具有C2连续性的分段Bezier曲线逼近拟合前,需要利用长度均分策略,提取长度突变点作为新增的主导点,以保证拟合的准确性。对主导点进行B样条插值拟合后,利用轮廓误差跟随法对非主导点到拟合曲线的误差进行检测。该方法与牛顿迭代法相比,其计算速度更快且能提高算法效率。仿真结果表明,提出的算法可对复杂刀具轨迹进行平滑压缩,且误差检测的精度能够满足要求。     

基于多翼型特征的非奇异变形感知方法研究

针对传统变形感知方法在复杂翼型结构中常见的病态、奇异等问题，提出了一种基于多翼型特征的非奇异变形重构模型。依据Timoshenko梁变形理论，采用依存插值技术离散单元位移场，建立理论截面应变与测量应变的最小二乘变分函数，推导单元节点变形与测量应变的积分重构模型。该模型的位置无关性有效消除评估截面选取不当引起的奇异，增强重构模型在复杂翼型结构中的适用性。同时，针对应变传感器服役期间常见的环境扰动，以重构精度与鲁棒性为评估指标，建立自适应多目标粒子群优化模型。实验结果表明，提出的重构模型整体测量精度较高，在机翼变形量小于20 mm范围内最大绝对误差为0.26 mm,最大相对均方根误差为0.42%;当变形量增大时，绝对误差随之增大，但相对均方根误差不超过3.5%。因此基于多翼型特征的非奇异变形重构模型能够满足机翼实时重构需求，有效扩展变形感知方法在复杂结构中的应用价值。     

薄壁叶片加工变形误差补偿

为了减少薄壁叶片在加工过程中叶片变形引起的加工误差,提出了一种重构叶片模型补偿加工误差的方法。通过构建端铣刀切削力的数学模型,求解叶片在加工过程中切削力的大小,应用材料力学理论和有限元理论分析加工过程中叶片的变形量,根据镜像对称补偿方法,获取新的叶片截面数据云图。应用NURBS曲线理论,反求出数据云图的NURBS曲线数学模型,通过改变权因子、控制顶点等因素,对新建的叶片数据云图进行优化,求解叶片汽道的光滑截面曲线,实现叶片重构。通过模拟加工验证,原叶片模型的最大加工误差在84μm左右,重构的叶片模型加工误差小于10μm,为提高叶片加工精度奠定了技术基础。     

截面数据分段点高精度识别方法

针对截面数据分段点提取精度不够而导致截面曲线重构精度差的问题,提出一种分段点精确提取方法。重点研究相邻特征为直线特征和自由特征在满足G1连续时分段点的精确提取。根据曲率分析并辅以交互经验提取初始分段点,以该分段点为界分割截面数据,提取出直线特征数据并拟合直线,剩余数据拟合样条曲线。根据拟合的样条曲线设计判定方法,得到新的精度更高的分段点。以新分段点为边界并基于与直线的相切约束重新拟合样条曲线。提出的分段点提取方法不但能够在现有数据中寻找分段点,而且可以超越现有数据点并在其之间寻找更精确的分段点。实例表明,该方法大大提高了分段点的提取精度,使重构的截面曲线更加符合初始设计意图。     

基于特征点自动识别的B样条曲线逼近技术

提出一种实用的用三次B样条曲线逼近稠密且带噪声的二维断面数据点列的算法。剔除数据点列中的重合点并对其进行均匀弧长重采样处理后,利用相邻点拟合圆弧的方法来近似计算各数据点的离散曲率值,并根据相邻点之间的离散曲率符号变化情况及相近点之间的曲率值和曲率差分关系自动识别出断面数据中绝大多数的特征点(拐点、折痕点、曲率极值点)。构造插值于特征点的B样条曲线,并在逼近误差最大处插入新的插值点。重复这一过程,直到逼近误差小于预先给定值,从而得到最终插值点列并构造相应的B样条曲线。试验结果表明,所构造的曲线节点数目及其分布合理,能够很好地反映原始断面数据点列中的细小特征部分。该算法具有速度快、逼近精度高等特点,可广泛应用于二维断面数据的曲线重建。     

软体气动驱动器弯曲变形光纤传感与形状重构

为解决软体气动驱动器弯曲变形的柔性传感测量问题,提出将光纤光栅植入软体气体驱动器应变限制层进行曲率测量与形状重构的方法。建立了软体机构变形光纤传感重构算法模型,理论分析了光纤光栅光谱变化与应变限制层弯曲曲率的关系。搭建了基于光纤光栅特性的软体传感、解调及曲率标定装置,实验分析了不同曲率下光纤光栅反射光谱的特征,得出光纤光栅中心波长漂移量与弯曲变形曲率的关系,计算得出软体气动驱动器在不同弯曲状态下的曲率值,重构出软体气动驱动器的变形形状,验证了形状重构结果的正确性。实验结果表明:将光纤光栅植入软体气体驱动器应变限制层,利用光纤光栅反射光谱变化可实现软体驱动器的曲率测量与形状传感,3种弯曲状态下光纤光栅传感测量值与软体驱动器曲率标定值之间的最大误差为2.1%。该光纤传感方法在软体气动驱动器柔性传感与闭环控制方面具有广阔的应用前景。     

对数母线型滚子凸度轮廓误差评定

为了实现对轴承滚子凸度轮廓误差的精确评定,依据对数母线型滚子轮廓素线的几何特征和形状误差,基于最小二乘原理,研究了对数母线型(两段对数曲线的组合形式)轴承滚子凸度轮廓的最小二乘分段拟合和误差评定方法。利用三点法确定凸度曲线离散数据点的曲率,通过曲率差值法确定两段对数曲线的分界点;选取分界点两端临近的测量点作为辅助分界点,并与对应的对数曲线段测量点一起拟合出一系列最小二乘曲线,计算相应的误差,并判断确定出对数母线型滚子轮廓的最小二乘误差。实例分析表明,对数母线型滚子凸度轮廓曲线的总误差为0.0071mm,相比文献[13]圆弧修正型凸度轮廓曲线的总误差精度有所提高。本文提出的方法可以有效实现轴承凸度轮廓误差的拟合与误差评定,验证了对数素线可以减小应力集中,提高轴承使用寿命。     

阶梯轴类零件激光在机测量误差补偿研究

轴类零件主要用来传递转矩和承受载荷,常通过数控车床加工而成其精度要求高,可用激光位移传感器对其轮廓信息进行采集,但由于机床存在位置及运动误差等,使得在机测量精度较低。因此为提高测量精度,提出面向阶梯轴类零件激光测量的实时误差补偿算法,并分别对补偿前后台阶测量点云进行模型重构,对比分析其测量误差。对比分析结果验证了补偿算法的有效性。台阶面测量表明,经几何关系修正后,其平面测量误差与三坐标测量结果差值为0.002 mm,证明测量拟合精度高。     

薄壁曲面箱体三维误差补偿法的研究

针对曲面箱体侧壁的非线性加工变形问题,提出基于三维误差补偿的曲面重构法,将不同深度上的轮廓变形点输入CAD/CAM软件,根据一定的算法获得轮廓变形点的反向补偿点,由反向补偿点插值生成不同深度的反向补偿轮廓曲线,利用反向补偿轮廓曲线生成的网格曲面可以重构变形后的箱体侧壁曲面并进行5轴数控编程,同时补偿轮廓方向和深度方向上的加工变形,实现误差补偿和数控编程一体化。实践验证了综合方案的有效性,在生产中实用性强。     

基于光纤布拉格光栅的载荷定位与检测方法

针对传统定位系统存在的结构复杂、实时性低、需要建立训练集等问题,提出利用光纤Bragg光栅结合直角应变花结构的方法对冲击源进行定位。在平面应变下,建立横向效应补偿因子模型和应变解耦模型,证明了光纤布拉格光栅(Fiber Bragg grating,FBG)直角应变花结构用于定位时不受横向效应的影响。同时针对四边简支薄板结构,提出一种判定冲击载荷大小的新方法。通过不同位置两组FBG应变花分别测得的主应变方向,其交点来确定冲击源坐标;通过FBG传感器测得的轴向应变经横向效应补偿,并结合四边简支板扰度曲线和定位坐标,来对冲击载荷大小进行测量。试验表明其定位精度达到2.9 cm以内,定位实时性1 ms左右,冲击载荷大小判定误差在3 N以内。为冲击平台载荷检测提供了一种实用可行的方法。     

航空发动机薄壁叶片加工误差补偿迭代学习建模方法

航空航天复杂薄壁件在数控铣削的过程中,由于实际加工结果与理论尺寸的不一致,导致了加工误差的存在,从而降低了零件的精度,进而直接影响其使用性能。针对航空发动机薄壁叶片在加工时产生的以弹性变形为主的综合误差,研究了航空发动机薄壁叶片加工误差补偿迭代学习建模方法。基于弹性变形理论、泰勒展开建立误差补偿模型,根据前次加工后的数据通过学习迭代算法,计算出下一次切削误差补偿量并重构叶片模型,生成新的数控加工程序,最终使加工误差满足公差要求。通过迭代学习算法对补偿模型的计算,可以有效减少补偿次数,提高补偿加工效率。     

基于应变响应的结构动态载荷识别方法

提出了基于结构应变响应的动态载荷识别方法。首先，开展结构动态响应理论分析，推导结构动态响应的应变表达，构建基于应变响应的动态载荷识别模型；其次，基于D-optimal算法，对应变响应采集所涉及的贴片数量和方位进行优化计算；然后，以方形悬臂薄板和汽车拖曳臂的动态载荷识别为例，分别进行正弦和随机载荷的识别，分析识别激励的误差来源；最后，采用Pearson相关系数和拟合系数，衡量识别载荷与原始载荷的相似程度和幅值差异情况。结果表明，方形薄板识别激励与原始激励吻合较好，拖曳臂识别激励与原始信号的波形基本保持一致，但幅值有一定的差异。     

基于离散曲率算法的镗刀杆变形曲线拟合

文中推导出一种在已知平面曲线离散曲率的情况下拟合出曲线图形的线性拟合算法,该算法在曲线较为复杂曲率呈明显非线性时具有较大误差,因此又在此基础上推导了另一种精度更高且适用性更广的样条插值算法,并对两种方法的精度加以比较.应用MATLAB编程后,两个算例结果表明其精度可以满足杆弯曲变形分析要求.     

一种新的截面轮廓特征点识别与分段曲线类型判别算法

截面特征处理技术是基于特征的反求工程CAD建模中的一个重要组成部分,而特征点识别、分段曲线类型判别是其首要环节。本文提出一种新的算法:首先对截面数据点排序;然后基于协方差矩阵的特征值分析自适应地确定支撑区域;在此基础上计算离散点的曲率进而完成特征点识别并实现数据分段;最后确定每个分段数据所对应的曲线类型。实验表明:算法精度较高,为基于特征的截面曲线重建提供了依据。     

带孔薄板孔边应力集中系数的改进算法

应力集中的问题在带孔薄板中的表现极为普遍,应用工程中普遍运用的有限元法来分析带孔薄板孔边的应力集中问题。通过ANSYS软件仿真计算,得出固定板块的系列应力值,并且通过计算得出系列应力集中系数。运用最小二乘拟合方法对数据加以处理,获得了应力集中系数在特定范围内的拟合公式。通过系列实验曲线和经验公式进行比较分析,结果显示经拟合公式算出的误差较汉伍德经验公式小。该改进算法在计算孔边应力集中系数时具有工程应用的合理性。     

一种摩擦离合器膜片弹簧载荷变形特性修正计算方法

由于常用的A-L法计算膜片弹簧载荷特性曲线存在较大误差的问题,文中分析了分离指结构对膜片弹簧载荷变形特性的影响,提出了分离指影响系数概念。利用正交试验设计,采用多元回归分析的方法,拟合得到分离指影响系数同三个转换参数的函数关系表达式。把分离指影响系数添加到碟形弹簧精确算法S-W法的计算公式中,得出了包含分离指部分影响的膜片弹簧载荷特性计算新方法。并通过试验验证了新方法计算膜片弹簧的载荷特性具有很高的精度。     

滚珠丝杠磨削加工热变形误差的分段补偿方法

在分析滚珠丝杠磨削过程中热变形误差变化的基础上,提出一种基于有限元法的确定螺距热误差分段补偿量的算法,并通过具体算例说明了该方法的计算过程,为保证滚珠丝杠的磨削加工精度提供了手段。     

基于NURBS曲线的数控机床几何误差实时补偿研究

阐述了一种基于NURBS曲线的数控机床几何误差补偿技术,利用误差模型计算预设的NURBS路径与控制点之间的位置偏移能得到NRUBS误差补偿函数控制点,通过插入新的节点产生新的函数控制点,并提高NURBS曲线表达误差补偿函数的柔度,从而得到更高的补偿精度。结果表明,在公差精度为0．00057mm的情况下,沿3种不同工作路径的误差补偿精度都小于1mm。