在线检测过程中碰撞检测技术的研究

在线检测过程中，规划的检测路径要求测头在实际的检测过程中避免发生碰撞。本文论述了基于三角网格模型的碰撞检测方法，提出了基于AABB包围体的碰撞检测算法，很好地解决了测头模型与零件三角网格模型的碰撞检测问题。并且提出了适于危险路径段之间零件表面形状的路径修改方法，使测头在实际检测过程中安全地绕过危险区。     

基于OpenCasCade的虚拟三坐标测量机碰撞检测方法

为了解决三坐标测量机测量过程中可能出现的碰撞问题,提出将虚拟空间与实际空间相结合的防碰撞方法,同时提出一种基于OpenCasCade(OCC)的快速、准确的虚拟空间碰撞检测方法.防碰撞方法在虚拟空间中建立与实际空间具有一一对应关系的虚拟模型,从而在计算机向三坐标测量机发送运动指令时先在虚拟空间中检测该指令是否会造成碰撞,将有碰撞的指令修改为无碰撞的安全指令输出,以达到防碰撞的目的.根据OCC建模的特点,可以将虚拟空间碰撞检测方法分为2步,第1步利用包围盒法快速剔除不可能碰撞的部分,第2步利用三角面片相交检测法进行较为精确的碰撞检测.为了提高速度,利用OpenMP将碰撞检测程序的计算并行化.相关的碰撞检测实验验证了该碰撞检测方法的可行性,并根据记录的数据对碰撞检测时间和精度进行了分析,证明该碰撞检测方法具有一定的实用价值.     

含煤粉层的刨头-滑架体三维粗糙接触碰撞特性研究

三维间隙导致刨头-滑架体产生复杂的接触碰撞现象,煤粉层加剧了系统的动态特性.基于刨头与滑架体之间的几何结构特点,提出将三维多面体碰撞检测降维到二维多边形碰撞检测的方法,综合考虑表面粗糙度、煤粉层的影响,引入粗糙界面接触力模型以及含煤粉层接触力模型,并通过试验测得恢复系数,构建了刨头与滑架体间三维接触碰撞动力学模型,采用...     

一维三体碰撞过程的数值实验研究

力学中常常将物体之间的相互作用描述为碰撞过程，两体碰撞模型广泛地运用于处理各种物理问题，然而现实世界中普遍存在着多体碰撞．文中建立了三体碰撞过程的动力学方程组，对一维完全弹性三体碰撞进行了数值实验研究．研究结果表明，三体碰撞物体的分离速度与物体之间相互作用过程的细节有关，一般情况下不能简化为相继的两次两体碰撞求解．     

基于Minkowski差构造技术的凸体碰撞检测算法

碰撞检测是自然环境计算机模拟的基础，在计算机图形、CAD／CAM、机器人等领域有着广泛的应用。笔者提出了一个用于具有曲面边界凸体的碰撞检测的算法，通过构造两个凸体的Minkowski差来快速的检测两个凸体是否碰撞。当两个凸体碰撞时，算法可以快速地报告物体碰撞，并可以给出在给定方向上的穿透距离；当两个物体分离时，算法报告物体的分离，同时可以给出在给定方向上的移动距离。与已有的算法相比，这个算法可以更平衡地处理碰撞、分离的情况，该算法给出了稳定的碰撞检测条件。     

汽车-自行车碰撞事故三维仿真再现研究

针对一起实际的汽车与自行车碰撞事故，运用多刚体动力学方法建立事故小客车与自行车及骑车人碰撞的三维多刚体动力学仿真模型，利用MADYMO对事故碰撞过程进行了直观的三维仿真再现，分析研究它们在碰撞后的动力学行为特性，计算得出碰撞时刻小客车车速为正确鉴定事故提供了科学的参考依据。仿真再现结果与实际事故情况能较好吻合，初步验证了仿真方法和模型的可行性。     

无外部传感器的机器人碰撞检测

为了保证机器人在交互过程中的安全性,同时提高碰撞检测的性价比和降低系统复杂性,本文在无需外部传感器(sensorless)的情况下,通过检测机器人各关节电机电流间接实现机器人与环境之间的碰撞检测.提出了一种机器人碰撞力计算模型,并给出了模型所用的通用6R机器人雅克比矩阵的求解方法.针对直接通过碰撞力检测碰撞会引入加速度噪音干扰的问题,提出了基于机器人能量变化机理的碰撞检测算子,该碰撞检测算子不需要计算加速度,只需要关节扭矩、位置和速度即可计算,但该算子不能应用于机器人速度为0的情况.本文在REBot-V-6R-650实验平台上进行了碰撞实验,实验结果表明,该碰撞检测方法可以安全有效地检测出碰撞,即在造成伤害之前就能检测出碰撞.     

面向人体损伤的载货车-摩托车事故再现研究

面向人体损伤的交通事故再现主要依据事故遗留下的刹车印迹、车身及其他相关物体变形、人体损伤等多种信息。在此基础上利用数值模拟技术获得碰撞前的速度及接触位置,结合多刚体动力学和人体损伤分析等理论方法得出人体损伤部位的生物力学数值。通过上述方法对一起车-摩托车碰撞事故案例进行实际应用,详细介绍了多刚体模型的建立步骤,及碰撞的接触,计算得到数值模拟结果与法医鉴定结果吻合,从而通过使用上述方法可以为交通事故责任鉴定提供理论依据和数值参考,同时可以对法医勘验结果给出合理解释。     

可控性的双层粒子刚体脆性破裂模拟动画

提出一种可控性的双层粒子模型的刚体脆性破裂动画的模拟框架.首先,使用接触力学分析撞击时固体内部产生的弹性位移并采用光滑粒子流体动力学进行离散求解,在此基础上建立一个可控性的内力分析模型.其次,提出一种双层粒子模型来对刚体进行建模,在保证内力计算精度的同时提高了刚体动力学中碰撞检测的效率.最后实现了多个刚体脆性模型场景的动画.该算法可适用于刚体脆性破裂模拟的动画应用.     

桥梁结构地震碰撞分析模型的碰撞刚度计算方法研究

针对桥梁结构地震碰撞模拟问题,文中分别推导了基于波动理论的直杆共轴碰撞模型和基于接触单元法的刚体碰撞模型中相应的最大碰撞变形的计算式,并基于二者相等的关系给出了Kelvin模型和Hertz-damp模型中相应碰撞刚度的计算方法,并对所建议方法的合理性和精确度进行了验证分析。研究结果表明,文中建立方法计算的Kelvin模型的碰撞刚度数值明显小于较短主梁的轴向刚度,这一点与以前学者基于实测数据分析得到的结论相一致。数值分析结果表明,相比以前的碰撞刚度计算方法,采用本文建议的方法确定Hertz-damp模型的碰撞刚度时,可以显著提升其碰撞模拟精确度。     

摇摆结构刚体模型研究综述

合理的理论模型对于结构分析至关重要,摇摆结构理论研究中应用最为广泛的模型是摇摆刚体模型。该文对摇摆结构刚体模型进行了较为系统考察与总结,对摇摆刚体模型的研究起源与研究现状进行了介绍,针对经典摇摆刚体模型、其他典型摇摆刚体模型、相关试验研究、有限元模拟及其在结构体系中的应用进行了探讨,指出了已有模型的优点与局限性,提出摇摆结构刚体模型未来研究的关键问题,为建立更完善实用的摇摆结构刚体模型及应用于摇摆结构分析提供了参考。     

面向人体损伤的人车碰撞事故再现

应用多刚体的车辆与假人模型,将人体伤害作为事故场景布置以及再现结果评估的重要依据,使用分析法与模拟法相结合的优化方法研究人车碰撞事故再现.针对人车碰撞中行人易受伤害的特点,提出了一个面向人体损伤的行人事故再现评估模型.将此评估模型作为优化方法中的目标函数,将碰撞场景、碰撞前车速作为设计变量,事故资料作为约束条件,经多刚体动力学算法求解,手工实现了事故再现的最优结果.将该方法及评估模型应用到一起真实交通事故中,仿真结果与法医鉴定结果大致吻合,初步验证了此方法与模型的可行性.     

桥梁结构地震反应邻梁碰撞分析等效刚体模型

在基于直杆共轴碰撞理论建立的桥梁地震反应邻梁碰撞分析模型基础上,结合动量守恒定律和能量守恒定律,给出了与之等效的刚体碰撞模型,所定义的等效恢复系数r由邻梁长度比12/ll和碰撞弹簧刚度比a唯一决定。一座实际桥梁地震反应邻梁碰撞效应分析表明,等效刚体碰撞模型可以得到与弹性杆碰撞模型几乎一致的结果。     

考虑摩擦的柔性多体系统斜碰撞理论与实验研究

基于模态综合技术提出了适用于求解柔性多体系统斜碰撞问题的动力学建模方法,将离散的碰撞物体分为碰撞区域和非碰撞区域,对于非碰撞区域采用子结构方法进行模态缩减,在保证求解精度同时能有效提高计算效率。用罚函数模型和修正库伦摩擦模型分别对法向和切向碰撞进行建模,考虑钢杆和PVC圆盘的接触碰撞系统,在考虑摩擦的斜碰撞工况下分别采用电阻应变片和3D-DIC测量技术测量圆盘表面指定点的应变响应和速度响应,通过理论和实验结果对比验证了碰撞动力学模型和摩擦模型的准确性,同时研究了相对速度的变化对摩擦因数的影响。     

基于分段合成法的水下凸体结构声散射亮点模型

基于亮点模型基本理论，结合变形柱方法计算细长物体散射声场时切分目标的基本思想，分割凸体结构得到微元目标，利用亮点模型近似描述微元目标的散射声场，最后将考虑相位因素在内的亮点模型组成整体并计算得到凸体结构的目标强度。将亮点模型与分层弹性介质声传播理论相结合，得到计算非刚性表面凸体结构目标强度的亮点模型方法，分析1 kHz～10 kHz频段下目标强度角度频率谱，以及在5 kHz与8 kHz频率下刚性与非刚性表面凸体结构的目标强度特性曲线。结果表明，微元目标间的相位因素是影响亮点模型计算精度的重要因素，切分段数的选取与目标外形和计算频率有关。通过与板块元计算结果对比，证明该模型具有较高的计算精度，不仅拓宽亮点模型的适用范围，使其更加符合工程实际需求，可为时域回波预报提供更大的空间。     

动态织物仿真与碰撞响应算法

针对织物动态仿真粒子系模型做了深入的研究。为了解决织物仿真中的非线性碰撞约束问题，笔者提出了新的碰撞检测及相应的碰撞反应算法。该算法不仅在直观上有很好的物理解释，而且简单易行，计算量小，可以适用于实时模拟，对于很多复杂的碰撞情况具有处理上的统一。另外，笔者提出用显式积分方法来求解模型建立起来的微分方程，该方法的优点是不需解线性方程组，处理碰撞问题时，可以直接求出非常精确的碰撞时刻，从而达到了提高计算效率的目的。     

基于近场动力学方法的混凝土板侵彻问题研究

由于近场动力学(Peridynamics)用统一空间积分-时间微分方程描述物体连续或不连续区域,改进常用微观弹脆性模型对势本构力函数,给出刚性体与变形体冲击问题接触算法;编制计算程序,验证经典简支梁变形及Kalthoff-Winkler试验;数值模拟刚性弹丸侵彻混凝土矩形板破坏过程,揭示损伤累积及裂纹扩展全过程与最终破坏形态。结果表明,改进的近场动力学模型及算法合理、可靠,能有效模拟混凝土结构冲击破坏及侵彻问题。     

多刚体系统的内碰撞动力学方程

本文讨论了多刚体系统内部相互碰撞的动力学问题 ,给出了碰撞冲量和广义速度度增量已经解耦的 ,且适用于计算机求解的内碰撞动力学模型     

虚拟装备维修训练系统中碰撞可能性预检测技术

对多对象间四维时空实时碰撞检测技术进行了研究，分析了基于简单包围盒技术的碰撞检测带来的问题，设计了基于路径包围盒关键点技术的可能性碰撞检测方法．该方法利用空间平铺技术快速检测不同路径包围盒问轨迹相交的可能性．在虚拟装备维修训练系统中结合实体对象运动速度判断实体对象碰撞的可能性，用体系哈希表（Hierarchical Hash Table）查找路径包围盒间交集，构建可能碰撞路径集，采用路径检测法对可能发生碰撞的路径进行关键点分析，确定碰撞部位，提出了基于路径包围盒关键点技术的可能性碰撞检测方法的实施策略，并在虚拟维修训练系统中进行了实现．     

基于目标姿态的弹目碰撞检测模型

为通过弹目碰撞检测统计命中弹数并计算武器系统的命中概率,研究建立基于目标姿态的弹目碰撞检测模型,根据目标外形建立等效几何体,利用空间解析几何分析弹丸与目标的位置关系,给出弹丸与目标碰撞的判读条件和计算公式。该模型不用考虑复杂的坐标变换,不涉及力学和动力学内容,能够高效地进行弹目碰撞检测。仿真实例结果表明:目标姿态能对碰撞检测产生明显影响,忽略目标姿态的检测模型会造成错判和漏检;同时也验证该模型的准确性和实时性。