舰船甲板挠曲变形动态检测技术研究

基于卡尔曼滤波算法建立了舰船甲板变形动态检测系统的模型,其中舰船上的INS(主惯导系统)作为基准对舰船在海中航行的姿态进行实时动态检测,甲板上滑行的SINS(子惯导系统)检测甲板的实时形变量。利用微分几何得到真实的甲板挠曲变形量,并对模型进行仿真。结果表明,这种测量方法在实际应用中具有可行性。     

典型护卫舰飞行甲板空气流场数值模拟

为研究护卫舰飞行甲板气流场特性,获得较高精度的流场数据用于飞行仿真,利用FLUENT对孤立简化护卫舰进行数值模拟.通过合理的网格划分以及对求解方法的验证,讨论了不同网格形式及雷诺数对计算结果的影响,分析了不同湍流模型对于舰船流场计算适用性,准确捕捉了飞行甲板处涡脱落频谱特征,提高了舰船气流场计算数据精确度.研究结果表明,对于一些精确度要求较高的舰船流场计算,ILES模型较为合适.     

带缝钢板剪力墙弹塑性简化分析模型

基于带缝钢板剪力墙的基本受力特点和变形特征,提出了一种弹塑性简化分析模型,并分别定义了模型的几何参数与非线性参数.为验证简化模型的正确性,分别对带缝钢板剪力墙以及钢框架-带缝钢板剪力墙结构进行Pushover分析.分析结果表明:简化模型计算得到的荷载-位移曲线与试验及有限元分析结果较为接近,可反映带缝钢板剪力墙的主要受力特征;简化模型可较为准确地反映协同工作时墙板对周边框架的附加作用力.     

多径条件下舰船目标散射特性分析与实验

岸基对海雷达探测舰船目标时会受到起伏海面的影响,形成电磁波传播的多径效应,对舰船目标雷达散射特性产生影响.根据电磁波传播的四路径模型,提出一种多径条件下舰船目标散射特性的统计分析方法,分析得出了起伏海面对舰船目标散射回波的平均影响系数,基于雷达方程指出该系数对雷达目标回波功率的影响程度.利用声波和电磁波之间的相似特性,采用水声测量实验的方式对多径条件下舰船目标回波特性进行了实验.实验结果验证了方法的有效性.     

射流主动流动控制对舰船甲板流场的影响

随着舰船的发展和大量应用,舰船甲板流场的分析与控制的重要性进一步凸显出来。为改善舰船甲板流场,提出了一种新型的基于射流装置的主动流动控制方法,并以直升机桨盘位置为例分析了不同射流装置参数对于直升机桨盘流场优化的效果。首先基于Navier-Stokes方程建立了舰载直升机甲板流场的数值模型,以研究基于射流主动流动控制对舰船甲板流场的影响。然后该方法选取k-ε湍流模型,并通过算例验证了方法的有效性。最后模拟得到添加射流装置的舰船甲板流场流线与速度分布,结合流场信息对旋翼受力的影响对比分析了加装射流装置对舰船甲板流场的流动控制作用。结果表明：上射流的添加可以使得甲板流场中回流区的影响范围减小,从而使得桨盘流场速度梯度减小;桨盘流场速度梯度的减小可以有效降低旋翼气动力变化和响应水平;不同的来流角下添加上射流装置均能通过控制甲板流场从而减小响应,提高直升机的安全性。射流速度对流场控制效果影响显著,应结合射流装置安装位置选取最优射流速度从而达到较好的控制效果。     

视觉和IMU融合的移动机器人运动解耦估计

针对视觉里程计(VO)因累积误差导致运动姿态估计存在的偏差,提出实时扩展卡尔曼滤波器姿态估计模型,利用惯性测量单元(IMU)结合重力加速度方向作为垂直方向参考,对视觉里程计航向、俯仰和侧倾3个方向姿态估计进行解耦,修正姿态估计的累积误差;根据运动状态采用模糊逻辑调整滤波器参数,实现自适应的滤波估计,降低加速度噪声的影响.实验采用高精度的全站仪作为真值,并结合多种地形环境,实验结果表明：50 m内跟踪的累积误差低于0.3 m,有效地提高了视觉里程计的定位精度和鲁棒性.     

基于自适应卡尔曼滤波的NGMIMU/GPS组合导航设计

由于加速度计输出动态噪声的存在,无陀螺微惯性测量单元(NGM IMU)导航误差随时间迅速累积.基于NGM IMU九加速度计配置方案,利用自适应卡尔曼滤波方法进行NGM IMU/GPS组合导航系统设计.滤波算法对滤波预测残差的大小进行判断,利用极大后验估计器推算出动态噪声和观测噪声的统计特性,克服了系统噪声统计特性不易确定的实际问题,使滤波器成为最优.同时进行了系统位移和角速度仿真,结果验证了自适应卡尔曼滤波方法的可行性.     

濒海战斗舰气流场数值计算研究

为研究濒海战斗舰(littoral combat ship, LCS)的飞行甲板空气尾流场特性,本文采用仿真软件对"独立级"濒海战斗舰(Independence-class littoral combat ship, LCS-2)进行分析计算,将LCS-2的流场仿真数据与孤立护卫舰简化模型(SFS2)的仿真分析和风洞试验数据进行对比分析,得到LCS-2尾流场对其舰船甲板气动环境的影响。由对比结果可知:相较于SFS2,LCS-2在舰船起降甲板的大范围内均具备更适合舰载机起降的气动环境,起降甲板面积占船体总面积的比率以及机库门的倾斜程度同样对舰船尾流场存在明显的影响,研究结果能够对LCS的相关研究提供数据支撑。     

压电类智能结构在船体振动控制方面的应用研究

振动是存在于舰船结构中一个普遍的现象,它所带来的危害一直为人们所关注.根据振动主动控制原理,建立了以PZT为执行器的振动主动控制模型,研究通过控制甲板的边界条件,从而达到减振效果的方法.利用ANSYS软件对建立的实验模型进行了数值仿真研究,搭建物理实验平台,开发了单输入多输出的振动自适应主动控制系统,进行物理实验研究.最后,将实验值与仿真值进行比较分析,验证了该方法的有效性,为船体振动的主动控制提供了一条新的途径.     

基于OTSUKF的飞行器惯性测量单元的故障诊断

线性系统存在随机偏差情况下,最优二步卡尔曼滤波(OTSKF)可以获得系统状态及偏差的最优估计。无迹卡尔曼滤波(UKF)利用Sigma点采样和UT变换技术经非线性系统传播状态的均值和方差,是一种典型的非线性滤波方法。飞行器是一种典型复杂非线性系统,将惯性测量单元(IMU)的故障作为一种随机偏差处理,建立了包含IMU故障的滤波模型。将UKF算法和二步滤波思想应用到飞行器之中,提出了一种适用于飞行器IMU故障诊断的最优二步无迹卡尔曼滤波(OTSUKF)算法。针对于飞行器,提出了一种滤波模型设计的方法。基于该模型,应用所提出的OTSUKF算法实现了飞行器状态的最优估计和IMU故障的辨识,该算法经过了实际飞行数据验证其对风扰动具有鲁棒性并且与已经被提出的迭代最优二步扩展卡尔曼滤波(IOTSEKF)方法进行了对比验证其最优性。     

U形肋正交异性组合桥面板力学性能

为验证桥面板在局部车轮荷载作用下的受力特性及桥面板在桥梁第二体系中的受力性能,提出新型U形肋正交异性组合桥面板系统,并区分其与常规桥面板的受力性能.设计制作了3个不同桥面板试件,其中包括1个混凝土桥面板,1个正交异性钢桥面板,1个带U形肋正交异性组合桥面板.通过静力试验测试了不同桥面板在荷载作用下负弯矩区混凝土开裂情况、桥面板不同部位的结构应变和变形等.试验结果表明:U形肋正交异性组合桥面板在车轮荷载作用下其局部应力水平显著低于正交异性钢桥面板,具有较强的抗疲劳性能;U形肋正交异性组合板在桥梁第二体系的承载能力分别是混凝土桥面板和钢桥面板的1.37倍和0.93倍.     

Elastic-plastic seismic response of CRTS II slab ballastless track system on high-speed railway bridges

China railways track structure II (CRTS II) slab ballastless track on bridge is one kind of track structures unique to China. Its main bearing component of longitudinal force is the continuous base plate rather than rail. And the track-bridge interaction is weakened by the sliding layer installed between base plate and bridge deck. In order to study the dynamic response of CRTS II slab ballastless track on bridge under seismic action, a 3D nonlinear dynamic model for simply-supported bridges and CRTS II track was established, which considered structures such as steel rail, fasteners, track plate, mortar layer, base plate, sliding layer, bridge, consolidation, anchors, stoppers, etc. Then its force and deformation features under different intensities of seismic excitation were studied. As revealed, the seismic response of the system increases with the increase of seismic intensity. The peak stresses of rail, track plate and base plate all occur at the abutment or anchors. Both track plate and base plate are about to crack. Besides, the rapid relative displacement between base plate and bridge deck due to the small friction coefficient of sliding layer is beneficial to improve the seismic performance of the system. During the earthquake, a large vertical displacement appears in base plate which leads to frequent collisions between stoppers and base plate, as a result, stoppers may be damaged.     

基于分布式惯导测量的机翼弹性形变算法

飞机在飞行过程中产生的机翼弹性形变难以预测,对此,提出了一种基于分布式惯性导航的机翼形变测量方法. 首先,根据机翼的模态信息及理论模型利用粒子群算法对机翼上的关键测试点进行了布局优化研究;其次,提出了一种相对运动惯性导航解算方法,建立相对惯性导航误差估计的联邦卡尔曼滤波模型,实现了各节点在机翼挠曲变形下的实时对准,并通过联立多子节点的位姿信息描述机翼形变;最后,设计了机翼加载实验,并验证了该算法的精度及有效性. 结果表明,机翼形变测量的三维位置误差与姿态误差均得到了改善,说明该方法具有较高的估计精度并在动态环境中有较好的形变监控能力.     

星载相控阵热变形误差估计与校正方法

为提高星载相控阵天线热变形误差估计精度,提出一种结合机械测量和信号处理的误差估计方法。该方法利用测量传感器的测量数据,能够快速地拟合得到形变阶数和阵元初始位置;根据星-地几何关系,提取已知来波角度的模糊地块回波作为校正源数据,进而结合形变特性建立优化模型,在迭代中计算得到更加精确的阵元位置估计值。仿真结果表明,该方法能够获得优于1/15波长的热变形误差估计结果,并且在较大变形误差的情况下仍具有良好的稳健性,最终获得了良好的方向图校正结果。     

大跨径混凝土斜拉桥桥面铺装力学数值模拟分析

采用三维有限元分析技术，对大跨径混凝土斜拉桥桥面铺装体系进行了三个层次的力学分析，即：桥梁结构整体变形对桥面铺装作用；应用于模型法分析轮载作用下桥面板局部变形特点，同时与建立的普通路面结构计算模型弯沉进行对比，从弯沉角度分析桥面铺装对沥青混凝土的性能要求；铺装层结构体系内部受力状态．总结出了大跨径混凝土桥梁桥面铺装受力特点，粘结层在铺装层体系中的关键作用．     

大跨径混凝土斜拉桥桥面铺装力学数值模拟分析

采用三维有限元分析技术,对大跨径混凝土斜拉桥桥面铺装体系进行了三个层次的力学分析,即:桥梁结构整体变形对桥面铺装作用;应用子模型法分析轮载作用下桥面板局部变形特点,同时与建立的普通路面结构计算模型弯沉进行对比,从弯沉角度分析桥面铺装对沥青混凝土的性能要求;铺装层结构体系内部受力状态,总结出了大跨径混凝土桥梁桥面铺装受力特点,粘结层在铺装层体系中的关键作用。     

Portable device for the local three-dimensional deformation measurement using a single camera

The aim of this paper is to establish and validate a portable device for the local three dimensional deformation measurements using a single camera combined with a triangular prism mirror and two mirrors. The mirrors were utilized to convert a single camera into a stereo image system, which views a test object from two different directions and records the surface images of the test specimen on the two halves of the camera sensor in order to achieve a three-dimensional measurement. The proposed system consists of a single camera and the reflection system was integrated into a portable device to achieve a truly portable, low-cost,local three-dimensional deformation measurement, one-time calibration and easy implementation in situ. The optical design and measurement procedures to obtain the three-dimensional(3 D) deformation measurements of the proposed system were described in detail. The efficiency and precision of the proposed system were verified by measuring the displacements of a translated flat plate. As a practical application, the proposed system is used to measure the out-of-plane displacement of an aluminum circular plate with a central load. Moreover, the normal strain measurement of a plastic beam under symmetric four-point bending via an outer loading frame was also presented. The measurement results are in good accordance with the data obtained by strain gauges. The experimental results revealed that the proposed system was practicable and effective for the local three-dimensional deformation measurement. This system well-suited to both laboratory and field condition and will have significant application in the fields of engineering.     

双层均布荷载作用腹板开孔混凝土简支箱梁模型试验研究分析

为实现城市双层交通,以1∶6比例设计了腹板开孔混凝土箱梁,对其在双层均布荷载作用弹性工作状态下的受力性能进行了试验研究。基于试验结果建立有限元模型对其进行分析,在理论值与试验值吻合的基础上,讨论了开孔与否对试验梁弹性阶段受力性能的影响。研究表明：均布荷载作用在双层箱梁底板其实测跨中挠度比相同荷载作用于顶板时增大9.7％,底板加载对腹板开孔混凝土简支箱梁的挠度有较大影响;较不开孔箱梁而言,各工况作用时开孔箱梁跨中挠度增大22.9％～28.1％,且开孔梁在各工况作用下截面剪力滞系数增大,最大增大量值达62.0％。因此,腹板开孔对承受双层荷载钢筋混凝土简支箱梁抗弯受力性能有较大影响。     

豫南断裂带微观构造与构造环境的研究

本文通过显微构造现象分析、古应力值计算、古温度和应变速率研究,从构造环境的角度,将华北板块南缘(豫南部分)划分为两个构造域:南部韧性变形域以高应力,高温和低应变速率为特征,对应于板块碰撞带;北部韧——脆性变形域以中低温和高应变速率为特征,对应于板块边缘浅层逆冲断裂系。     

基于弹塑性变形理论的船体面板滚弯成形作业时间估算方法

为了准确估算船体面板滚弯成形作业时间,通过分析在滚弯过程中船体面板的弹塑性变化和滚弯成形后的最终状态,建立了滚弯成形最终状态下船体面板滚弯成形作业时间估算模型.与实测数据对比分析结果表明,基于弹塑性变形理论的总进给距离与实测进给距离无显著性差异,通过作业时间估算模型得出的理论作业时间与实测作业时间也无显著性差异而且相对误差都在10%以内(平均相对误差为5%).因此,基于弹塑性变形理论的船体面板滚弯成形作业时间估算模型合理且符合作业实际状况.