实践教学类虚拟仿真软件开发的方法与途径——以激光加工仿真模拟实训系统为例

为解决高职院校激光加工实训基地建设设备体积大、投入高、更新快的问题,设计一套应用于激光加工虚拟仿真实训系统。该实训系统基于Unity3D平台,将涉及到的装备及其它工具使用3DMax软件建模导入,选取学生应掌握的激光设备调试、拆装、装载、维护、检修等项目作为实训系统主体,设计讲授、训练、考核三个步骤,将实际实训项目融入虚拟仿真实训系统,集教、学、做、练、考一体,可满足大多数激光加工专业对学生实践性操作的教学要求。     

复杂曲面零件激光随形熔覆轨迹规划研究

为实现复杂曲面的随形熔覆，针对PDC钻头牙翼部位表面形貌进行了机器人熔覆路径的工艺规划，同时对插补点的位置规划算法进行了研究。通过一组平行截面与曲面相交得到交线，采用非均匀有理B样条(NURBS)描述交线。然后提取交线的特征参数，以离焦量的最大值作为误差阈值进行插补点规划，为实现激光束轴线与插补点所在的曲面法矢尽可能重合，对插补点进行姿态规划，从而得到完整的熔覆路径。最后采用Robotstudio仿真软件建立激光熔覆工作站，并对熔覆路径进行仿真，结果表明熔覆仿真过程中，未出现奇异点，机器人各关节、熔覆头与待熔覆工件之间未发生碰撞，并且能够按照事先规划好的路径进行熔覆，试验表明达到了较好的熔覆效果。     

3D打印裂隙岩体动态力学性能及能量耗散规律初探

地下岩体结构经常遭受到地震、爆炸、冲击振动等产生的动力扰动，利用3D打印技术的优势研究冲击荷载下岩体动态力学性能对实现3D打印技术在工程领域的应用具有重要意义。采用φ50 mm的变截面霍普金森压杆(SHPB)装置，对含预制裂隙的3D打印岩体试样进行动态单轴压缩试验。研究结果表明：试样的动态抗压强度随着预制裂隙倾角的增大呈现出先减小后增大的趋势，当预制裂隙倾角为30°时试样强度最小，当预制裂隙倾角为90°时试样强度最大。与3D打印岩体试样的静态单轴压缩强度对比发现，3D打印砂性材料具有明显的率效应，当应变率为139.65 s^-1时，3D打印岩体试样的动态抗压强度是静态抗压强度的4.34倍。预制裂隙缺陷在一定程度上加剧了试样的能量耗散和破碎过程，并且30°倾角预制裂隙对试样能量耗散和破碎结果的影响程度最大。同时，3D打印岩体试样的能量耗散过程与破碎块度表现出明显的自相关性，所用的3D打印砂性材料的宏观破碎结果与能量耗散之间的关系与天然岩石材料有一定相似性，为今后3D打印材料模拟天然岩体应用于动态力学试验的可行性奠定了基础。     

两种Skyhook阻尼实现方式在柔性隔振平台中的对比研究

利用Skyhook 阻尼进行柔性隔振平台的主动隔振控制时，可以简单地通过调节控制增益实现对低频段隔振器模态共振响应的抑制，且不影响高频段的隔振性能。在实际使用中，Skyhook 控制有两种常见的实现方式，即积分加速度反馈和积分力反馈。为分析两种实现方式用于柔性隔振平台时所产生的减振效果的差异，基于柔性Stewart 型隔振平台，结合多个ADAMS和MATLAB联合仿真案例开展详细且直观的对比研究。结果表明，对于传统的柔性隔振平台，积分力反馈法会由于实际柔性铰链的残余刚度而不能完全抑制隔振器刚体模态的共振；并且对于有效载荷的低阶模态，同样以抑制低频刚体模态为目的而设计的积分加速度反馈主动控制比积分力反馈法有更好的阻尼效果。最后，给出了对于两种控制方式选取和相应平台设计的意见。     

基于超声导波SC-DTW的金属板微损检测方法

针对金属板材的质量控制与服役性能评估问题,在对金属板材微损伤进行超声导波检测的基础上,结合形状上下文(shape context,SC)与动态时间规整方法对其损伤劣化程度进行量化评估.该方法以无损Lamb波信号为基准,采用动态时间规划(dynamic time warping,DWT)算法对损伤信号进行相似匹配分析对比,确定基准信号与损伤信号的最佳匹配路径.引入SC的轮廓识别方法对Lamb波的局部波形信息进行统计分析,以波形形状距离代替传统欧氏距离匹配方法,解决DTW相似匹配中的病态对齐问题.最后,将无损Lamb波与损伤Lamb波信号间SC-DTW匹配距离作为损伤程度的量化指标,采用随机闭合裂纹的有限元仿真模型和铝板弯折实验对所提出方法进行验证,结果表明,基于Lamb波SC-DTW的损伤量化指数对铝板早期裂纹具有较高的敏感性和较好的量化表征能力.该方法无需对波包进行识别,也不必进行复杂的特征提取,具有简单高效和抗噪声能力强等优点,在金属板服役性能评估与质量控制中有较好的实用性和推广价值.