Subdivision based isogeometric analysis for geometric flows

We present a new isogeometric analysis (IGA) approach based on extended Loop subdivision scheme for solving various geometric flows defined on subdivision surfaces. The studied flows include the second-order, fourth-order, and sixth-order geometric flows, such as averaged mean curvature flow, constant mean curvature flow, and minimal mean-curvature-variation flow, which are generally derived by minimizing the associate energy functionals with $L^2$-gradient flow respectively. The geometric flows are discretized by means of subdivision based IGA, where the finite element space is formulated by the limit form of the extended Loop subdivision for different initial control meshes. The basis functions, consisting of quartic box-splines corresponding to each subdivided control mesh, are utilized to represent the geometry exactly. For the cases of the evolution of open surfaces with any shape boundary, high-order continuous boundary conditions derived from the mixed variational forms of the geometric flows should be implemented to be consistent with the isogeometric concept. For time discretization, we adopt an adaptive semi-implicit Euler scheme. By several numerical experiments, we study the convergence behaviors of the proposed approach for solving the geometric flows with high-order boundary conditions. Moreover, the numerical results also show the accuracy and efficiency of the proposed method.     

基于随机搜索树法的机械臂视觉伺服研究

在当今的工业应用中,机械臂完成某一特定作业任务的基础是进行轨迹规划。针对单纯基于图像的视觉伺服(the image-based visual servoing,IBVS),不能直接对相机或机械臂的运行轨迹进行控制,容易造成跟踪目标脱离视野、机械臂与工作空间障碍物相碰撞的问题,本文提出了三维随机搜索树算法(the three-dimensional Rapidly-exploring Random Trees algorithm,3D-RRT)实现机械臂的轨迹规划,将轨迹规划与视觉伺服相融合,使机械臂在跟踪移动过程中,满足图像视野范围限制和空间障碍物约束问题。在MATLAB平台建立算法仿真实验,结果表明三维随机搜索树算法(3D-RRT)可以较好解决基于图像的视觉伺服(IBVS)中存在的问题。     

地表径流速度对城市内涝影响规律

为分析地表径流速度对城市内涝的影响,采用一维地下排水管网与二维城区地形的动态耦合模型,选取大连市某排水区块作为研究区域,设置4种地表径流速度10种设计降雨场景,模拟分析在不同重现期设计降雨及不同地表径流速度下研究区的内涝积水特性。结果表明:随着地表径流速度降低,管道排水压力变小,管道排水达标率最高可提升48.05%,且降雨重现期越短,地表径流流速对管道排水压力的削减效果越明显;地表径流流速对检查井溢流量影响显著,随着地表径流速度降低,检查井溢流量峰值最高可减小2 750 m~3,峰现时间最长可滞后56 min,同时随着降雨重现期增长,地表径流流速对检查井溢流量的削减效果减弱;研究区低、高风险区淹没面积随地表径流速度降低,最高可分别减小1.64万、8.37万m~2,但中风险区淹没面积变化反复。     

锂离子电池石墨负极放热反应研究

采用差示扫描量热仪(DSC)对满嵌锂态石墨负极在50～400℃之间出现的放热反应进行了研究.对不同荷电状态(SOC)的负极进行DSC、扫描电镜(SEM)和X射线衍射(XRD)分析以研究放热反应发生的过程.对负极中各物质之间可能发生的反应也均使用DSC进行分析.最终得出石墨负极各放热反应归属:100～120℃为SEI膜分解.200～270℃为锂与电解液的反应,270～300℃为锂与羧甲基纤维素钠(CMC)的反应以及电解液的分解反应,300℃以上放热尖峰为锂与石墨的反应.     

形状记忆合金驱动的连续跳跃柔性机器人

针对在复杂、狭窄的非结构化地形下跳跃机器人存在的着陆稳定性和运动连续性的问题,提出了一种形状记忆合金(shape memory alloy,简称SMA)智能材料驱动的柔性跳跃机器人,它具有轻质小型、结构简单及连续运动的优点。利用对称的折纸柔性身体减少着陆振动,保证着陆稳定;利用对称的双SMA弹簧拮抗系统实现弹性元件交替变形和储能释能的功能;建立了柔性机器人跳跃运动的理论模型,研究了关键结构尺寸对能量储存和跳跃性能的影响机制,并研制了一款尺寸为6 cm×4 cm×2.5 cm、质量为3.8 g的原理样机。实验结果表明:柔性机器人依靠SMA驱动能够实现跳跃触发和形态恢复,最大跳跃高度和远度分别为8.67 cm和18 cm,并且可以适应不同工作面。该机器人跳跃性能优越,控制顺序简单,可为非结构化地形下完成侦察探测工作奠定基础。     

基于MF-DCCA 的呼吸道疾病与大气污染物相关性分析

针对呼吸道系统疾病与大气 PM2:5、 SO2 浓度序列的相关性特征, 应用多重分形消除趋势波动分析法 (MF-DCCA), 对张家界市永定区呼吸道系统疾病患病人数与大气 PM2:5、 SO2 浓度序列进行了研究。结果发现该地区 呼吸道系统疾病患病人数与大气 PM2:5、 SO2 浓度的相关性具有长期持续特征和多重分形特征。随后对它们相关性 多重分形特征的动力来源进行了分析, 通过随机重排和相位随机处理, 结果表明在不同时间尺度上的长期持续性影响 是其主要动力来源。进一步研究发现该地区呼吸道系统疾病与大气 PM2:5、 SO2 浓度序列的相关性在四个季节均具 有长期持续性的多重分形特征, 且夏季多重分形特征相对强于其他季节。