微电网优化调度仿真模型

基于元胞自动机的基本理论及其在时间和空间尺度动态演化模拟中的应用,提出了一种微电网优化调度仿真模型。该方法从元胞自动机的基本定义出发,研究了元胞自动机理论对于微电网优化调度仿真的适用性。建立了微电网元胞空间,构建了微电网元胞空间的宏观演化规则。提出了一种微电网密度需求管理的自适应算法,实现分布式电源与负荷需求的动态平衡调整。在MATLAB环境中建立了仿真模型并模拟了微电网格局的时间和空间尺度动态演化过程。仿真实验结果验证了该方法对于微电网格局优化以及模拟微电网密度需求管理的可行性。     

弹性力学中无网格和有限元耦合的元胞自动机算法

结合有限元和无网格算法的优势,提出了一种元胞自动机算法用以求解二维弹性力学问题。该算法将二维模型离散成一系列节点,这些节点被分成有限元群和无网格群。有限元区域被定义在问题的边界附近,其中的任一节点和其周围相邻点的力学关系通过有限元单元建立;无网格区域定义在远离原理问题边界处,其中的节点之间的关系借用有限元中的位移插值概念建立。无论处于有限元区域还是无网格区域,任何一个节点都被置于元胞自动机的框架下进行处理,即节点的位移通过元胞自动机进行求解。与有限元方法相比,所提出的元胞自动机算法无需采用高斯消去法等传统系统求解器,而是通过元胞自动机的自动演化解决问题。依据该算法,有限元和无网格方法可以实现无缝连接。数值算例验证了该算法的新颖性和正确性。     

林火蔓延模拟元胞自动机算法研究

二维元胞自动机模型常用于林火蔓延中,但其存在迭代次数过多、进化过程不充分以及结束迭代的条件不明确等缺点。针对上述问题,提出一种基于多目标遗传算法的三维元胞空间林火蔓延模型。首先,将影响和决定林火蔓延因子的主体作为元胞引进二维元胞自动机模型中;其次,为了减少二维元胞自动机模型的迭代次数,明确结束迭代的条件,首先对初始化方式改进,采用三维球形元胞空间对二维元胞空间进行改进,其次通过多目标遗传算法对元胞自动机算法进行改进,从而提高林火蔓延模型预测精度。通过仿真结果,对比分析传统的二维元胞自动机模型、王正非模型以及Rothermel模型与本文提出的方法,可知本文提出的方法迭代次数大幅减少,运行时间大幅下降,使得元胞自动机的运行效率得到了显著提高。此外元胞自动机的终止条件得到了明确,且实际林火蔓延过程与提出的林火蔓延模型的实验仿真结果具有较高的相似性。     

基于元胞自动机的某无人系统供电网络故障分析

无人系统供电网络中，当系统中的某一个子系统发生故障退出系统运行时，可能会促使临近子系统发生故障，最终导致整个无人系统的连锁故障。将元胞自动机理论应用到某无人系统供电网络故障分析中，提出并搭建了应用元胞自动机来模拟供电网络故障机理的元胞自动机模型，并提出计算方法，最终得到无人系统供电网络故障传播路径，研究结果表明这种方法能够有效地揭示各故障间的模型关系，为实际工程的故障分析提供理论依据。     

曲面工件自动超声检测轨迹规划

航空发动机叶片是典型复杂曲面结构,为实现叶片的自动化超声检测,提出基于曲面点云数据重建的自动化检测轨迹规划方法,在此基础上实现7轴联动复杂曲面自动扫描成像。叶片点云采用线激光轮廓仪配合工件旋转轴自动扫描获取,数据拼接整理后采用数据拟合方法获得曲面轮廓方程,基于曲面上的曲线方程规划加减速扫描轨迹,进一步对各扫描轨迹点进行多轴运动分解,获得包括六轴机械手和工件旋转轴在内的各轴轨迹。实际检测试验表明,轨迹规划算法可以实现叶片自动扫描,获得清晰C扫描图像。     

元胞自动机在电热成形微观组织模拟中的应用进展

元胞自动机被广泛应用于流体力学、计算机及材料科学研究领域,描述复杂系统在离散的空间-时间上的演化规律。近年来该方法日趋完善,现已成为模拟微观组织演变的重要方法之一。本文综述了其研究发展过程及基本特征,并对其在材料微观领域的研究内容进行了详细解析概述。主要结论如下:元胞自动机方法在材料热加工过程中的应用主要集中在材料凝固、材料再结晶过程、材料塑性变形时位错动力学等方面。基于有限元软件平台,将元胞自动机模型植入等温压缩及电镦模拟中,模了拟材料在变形过程中动态再结晶和晶粒尺寸演化。     

考虑不完全保护的复杂系统可靠性评估

鉴于已有研究在处理由部件失效传播引起的共因失效的复杂系统可靠性评估问题时存在的缺陷,借鉴元胞自动机并行计算的优势以及蒙特卡罗模拟技术在处理复杂问题中的灵活性,提出了一种基于元胞自动机思想的蒙特卡罗模拟方法,该方法考虑了不完全保护对系统可靠性产生的影响,不受系统结构、部件数目的限制。最后,通过两个算例分别说明了该方法的正确性以及在可靠性分析中的具体应用。     

基于元胞自动机的铣刀片应力场分析

铣削力是造成铣刀片冲击破损的直接原因,对铣刀片应力场分析的传统方法是有限元法,其分析结果难以直接利用于铣刀片的再设计。本文基于元胞自动机的基本理论,借用有限元的离散和插值技术,建立了三维复杂槽型铣刀片的元胞自动机力学模型,得出切削中刀片各点的位移及应力分布,为铣刀片的槽型重构和优化打下基础。     

基于正交函数的曲面拟合优化算法

最小二乘法在拟合曲面时通常需要提高拟合阶数以满足曲面重构精度,拟合阶数提高会造成曲面光顺性变差。为改善最小二乘法在曲面重建中的缺陷,利用正交函数进行曲面优化,通过局部内插曲面,使整体曲面具有较好的连续性。采用4×4阶拟合参数进行曲面重构,形成曲面的相邻面片符合G2连续,曲面-点云最大偏差为0.0943mm。曲面拟合实验表明,采用改进的曲面拟合算法,实现了曲面拟合阶数和曲面曲率、拟合精度的最优融合,提高了重建曲面的品质。     

应用元胞自动机设计车刀片三维复杂槽形剖面

根据切屑上向卷曲的机理及其折断理论,推导出等效槽形宽度的计算式,计算出切削中碳钢的三维复杂槽形等效槽形的宽度。在此基础上建立了可转位车刀片三维复杂槽形典型剖面的槽形曲线元胞自动机模型,提出了元胞演化规则,实现槽形曲线的动态演化和槽形曲线的设计,为三维复杂槽形曲面的设计奠定了基础。     

A robust surface fitting and reconstruction algorithm for form characterization of ultra-precision freeform surfaces

Ultra-precision freeform surfaces are non-rotational symmetric surfaces possessing sub-micrometer form accuracy and nanometric surface finish. Although they can be fabricated accurately by ultra-precision machining technology, their surface quality is difficult to be characterized. Surface reconstruction is a vital task in the form characterization of ultra-precision freeform surfaces. This paper presents a robust surface fitting algorithm to reconstruct a high fidelity surface from measured discrete points while the surface smoothness can be ensured as well. A fitting threshold named confidence interval of fitting error is proposed to strike the balance between fitting accuracy and surface smoothness in the fitting process. The fitting algorithm is in two steps. In the first step, bidirectional sampling method is developed to extract a curve network from measured points cloud to construct an initial surface. In the second step, the fitting error of the initial surface is minimized to meet the prescribed fitting error threshold. A series of experimental work has been conducted and the results show that the proposed algorithm is able to provide effective means for increasing the accuracy in the form characterization of ultra-precision freeform surfaces.     

Numerical modeling of dynamic recrystallization during nonisothermal hot compression by cellular automata and finite element analysis

In this study, dynamic recrystallization during nonisothermal hot compression was numerically simulated by cellular automata and finite element analysis. A modified cellular automata model was developed by introducing a new parameter for considering solute drag effect. The isothermal hot compression tests of pure copper were carried out to verify the modified cellular automata model by comparing material behavior and average grain size. The effect of solute drag was numerically considered and compared to the experimental data and the numerical data obtained by conventional cellular automata without solute drag effect. Then, the modified cellular automata model was applied to a nonisothermal hot compression by combining with a finite element analysis. The finite element analysis was conducted to acquire local parameters such as strain, strain rate, and temperature. These values were provided to the cellular automata model as input. The local changes of microstructure and average grain size were simulated by cellular automata and compared with nonisothermal hot compression results. The simulation results were in reasonably good agreement with experimentally determined microstructures by electron backscattering diffraction. The developed model was further applied to simulate a hot gear blank forging process to check its applicability. With the current approach, local microstructures can be determined for better understanding microstructural changes during the nonisothermal process.     

基于能量法的大型叶片毛坯曲面重构

针对大型叶片毛坯曲面测量数据的特点 ,提出了一种基于能量法的毛坯曲面重构算法。该算法由 2个主要步骤构成 :基于参数域同构的毛坯曲面拟合、基于加工余量分布均匀的毛坯曲面匹配。实践证明 ,该算法构造的毛坯曲面不仅拟合精度高、光顺性能好 ,而且可以大大简化大型叶片五坐标数控加工中的辅助定位及进给速度优化等问题的计算     

基于混合元胞自动机的柔顺机构多目标拓扑优化方法

采用无梯度优化方法——混合元胞自动机方法进行体积约束下柔顺机构多目标拓扑优化设计。以应变能最小化和互应变能最大化为目标,以结构体积为约束,采用标准化方法定义多目标拓扑优化的目标函数,消除不同性质目标函数在数量级上的差异。将混合元胞自动机方法用于多目标优化问题的求解,以比例控制作为局部控制规律。数值算例结果表明,该方法用于柔顺机构多目标拓扑优化设计是有效的,优化迭代次数较少,且结构不易出现单节点铰链现象。     

曲面修改在逆向工程中的应用研究

针对汽车A—class特征曲线高精度、高光顺性的基本要求,提出了基于控制顶点规范的Bezier曲面迭代微调方法,用曲面反算变换为NURBS曲面,经过基于最小弯曲能曲面修改以后,对进行外形优化。该法核心是控制顶点的微调计算和基于最小弯曲能曲面修改,实现对空间型值点的光顺拟合,实现迭代拟合过程的快速收敛,同时实现了曲面微调和曲面修改的自动化,使基于逆向工程得到的复杂曲面不仅满足精度要求,更可以进行美学设计。结合某汽车的A级曲面的点云数据实例,应用迭代微调有效地提高了生成CAD数据的效率和准确性。     

桌面彩色打印设备的色域描述

采用由RGB控制信号到参考色空间变换的方法形成了CIELAB空间中均匀分布的色域表面描述点集;进一步采用三角形网格化和插值技术,形成了适于色域特性分析和色域压缩的色域描述.通过采用优化的变换和在CIELABL*a*b*空间中的插值技术,提高和改善了色域表面的确定精度和平滑性.该描述可给出色域体积、原色和二原色合成色的色度等色域特性指标,以及一定参量下的二维色域图.     

Simulation of surface topography with the method of movable cellular automata

Development of surface topography of two solids in a frictional contact is studied with the method of movable cellular automata. After the running-in process, the bodies are separated and the surface power spectra of both bodies are determined. The power spectra show a dependence on the wave vector, which is typical for fractal surfaces. It is shown, that roughness parameters of friction surface depend on relative velocity of sliding and external pressure.     

CNC codes conversion from linear and circular paths to NURBS curves

A novel approach is proposed for converting NC files of G01/G02/G03 codes into NURBS curves. The NC points are first acquired from an NC file composed of lines and arcs. A segmentation algorithm based on the angles and lengths evaluated from adjacent points is then used to subdivide the entire group of points into segments. An error-bounded constrained curve fitting algorithm is implemented to fit each segment of points into a curve, maintaining the accuracy, smoothness and boundary continuity between the curves. The chord errors between the NC points and the fitted curves are controlled, which ensures the accurate recovery of NC paths. Also, a knot insertion algorithm is proposed to determine the appropriate number of control points automatically, allowing effective fitting of all segments. Several examples are presented to demonstrate the feasibility of the proposed approach.     

元胞自动机理论在三维复杂槽型车刀片设计中的应用

将适合解决复杂问题的元胞自动机理论(简称CA)用于设计断屑槽型的剖面,并借助Pro/Engineer将所得剖面合成为车刀片三维复杂槽型实体,再采用电火花加工所设计的三维复杂槽型车刀片。断屑验证试验结果表明,该刀片断屑性能良好,达到了预期目标,同时也表明本文所采用的基于元胞自动机理论的三维复杂槽型车刀片设计是可行的。