图解张拉整体基本单元稳定构型

张拉整体结构是由受拉的索构件及受压的杆构件组成的自平衡结构体系。基本柱、台结构单元,是构成任意复杂结构的基础。规则分形条件下,基于构件空间几何位置及构件力与构件矢量关系,简洁明了地获得了主辅分形参数：杆数目p、共节点杆与斜索另一端连接节点序号差j之间需要满足的空间几何位置关系。该几何关系以构件施加给节点的力平衡来表征。基于共点3力平衡必构成首尾相接封闭三角形原理,分析获得了稳定构型状态,上下端面节点空间位置几何关系,进而依据构件与节点间的连接矩阵定义,完成结构的构件布置,形成自应力稳定构型。     

抗弯抗压力学单元设计与力学性能分析

基于SLM(选区激光熔融技术)打印零件轻量化设计的要求,为弥补轻量化结构设计过程中的盲目性和不确定性,利用拓扑优化软件对单元结构进行拓扑优化,提取优化后的单元结构进行再设计得出几种基本单元构型。将几种基本的单元构型填充长方体类构件,利用有限元分析不同单元填充时在不同载荷形式下构件的力学性能,并通过改变单元的尺寸参数、分布密度探究单元结构对构件力学性能的影响。分析结果表明,当主要承载方式为压缩载荷时,拱形单元结构具有较好的力学性能,而当承受弯曲载荷时,在构件应力集中区域增加单元的填充密度可以提高构件的承载能力。当结构设计既要满足构件的强度也要满足轻量化设计时,可以通过改变单元构型的尺寸参数及排布方式得到最优化的设计。     

LISA程序中的二维单元介绍

LISA 程序对原 SAP5程序中的二维单元作了扩充,除保留原来 SAP5程序功能外,又增加了4—9可变节点单元。新的二维单元有以下优点:(1)增加了位移函数的阶数,可以提高计算精度。并改变了位移不协调的状况。(2)对于曲线边界,用三节点所形成的抛物线来接近原曲线边界。(3)用户可以根据需要,灵活地选用每个单元的节点数,便于疏密网格的过渡。(4)对于动力计算,使用9节点单元,可将单元质量的四分之一合理地分配在单元中心上,提高了动力计算精度。(5)由于单元中心增加了一个节点,比常用的八节点单元更利于自动生成节点号。LISA 程序的二维单元是用来处理平面和轴对称问题,平面应力单元可以用于空间任意位置.平面应变(或轴对称)单元仅考虑在 YZ(RZ)平面内。四节点协调单元可以退化成三角形常应变单元,但精度要下降。使用的材料可以是随温度变化的各向同性和正交各向异性。单元的载荷可以有热应力、在 X、Y、Z 三个方向的体积力、I—J 边的均布力。可以输出单元和面心及各边中点的法向、切向应力值。也可以输出各节点的主应力和主方向值。     

基于离散傅里叶变换的分形粗糙表面轮廓合成与研究

针对使用离散傅里叶变换合成的分形粗糙表面轮廓,分别研究轮廓的分形参数(分形维数D、尺度系数C)与传统表征参数的联系,分形参数对轮廓空域几何形貌的影响以及分形参数对轮廓滤波的影响。结果表明,若假设分形轮廓的功率谱密度函数严格满足幂律关系,则可由Parseval定理获得轮廓分形参数与其方均根偏差Rq的定量关系但此时,轮廓的其余传统表征参数为随机值,且相互之间线性无关;分形维数D影响轮廓高低频成分的能量比随着D的增加,轮廓高频成分的能量增加,轮廓空域几何形貌显得凹凸不平;分形维数D相同时,尺度系数C越大,轮廓的方均根偏差越大;在为获得光滑分形轮廓进行滤波时,分形维数D较小的轮廓,可以保留更多的能量。     

自重构机器人自变形算法研究

设计了一种新颖的自重构机器人系统,其基本模块由正三棱柱主、从模块组成。自重构机器人需要完成从初始构型到目标构型的自动变形,而自变形算法就是用于计算自动变形的过程。文中的研究目的就是找到一种快速的优化方式来解决自重构机器人的自变形问题。为此,文中提出了基于机器人运动空间和模块几何结构驱动的自变形算法并进行性能优化,仿真实现了机器人从初始构型自变形为目标构型的过程。     

基于SLM工艺的变截面四棱锥点阵结构建模与试验研究

球型增强变截面四棱锥点阵结构（Spheriform graded body-centered cubic,S-GBCC）可以有效改善常规四棱锥点阵结构（Body-centered cubic,BCC）节点应力大、梁受力不均等缺陷,是一种力学性能更优的点阵构型,但其力学特性受单胞尺寸、梁的截面特性、节点连接方式等影响。考虑变截面梁和连接球体的几何构型,完成S-GBCC点阵结构的几何拓扑分析;基于铁木辛柯梁理论建立其力学与数学模型,得到点阵尺寸参数与相对密度、等效弹性模量、等效屈服强度之间的函数关系。利用选区激光熔融（Selective laser melting,SLM）工艺制备同一相对密度条件下,不同曲率半径的S-GBCC点阵结构,分析不同规格打印试样的形貌特征,形成考虑SLM工艺成形精度影响的S-GBCC点阵结构等效力学模型。完成该点阵结构静态压缩试验,分析其形变特性和力学性能,结果表明较传统BCC点阵结构有显著提升,理论与试验结果吻合较好。     

粗糙表面几何形貌特征的分形参数描述

采用分形参数研究表面粗糙度对粗糙表面轮廓几何形貌的影响规律。结合表面粗糙度加工参数和随机抽样方法,模拟得到服从正态分布和预设粗糙度的表面轮廓曲线,根据统计得到的模拟轮廓曲线几何形态共性特征,建立基于平均峰角和平均峰高的等腰三角形轮廓曲线分形模型。采用剖面位形法通过轮廓曲线总长及其相应分形标度获得不同轮廓算术平均偏差下的分形维数,通过幂律拟合得到分形维数与表面粗糙度间的函数关系。在同一表面粗糙度下用数学软件回归得到分形标度与平均峰角的数学表达式,同时建立数学表达式中相关参数与分形维数间的函数关系,最终得到表面粗糙度在0.1-1.6 μm范围内的粗糙表面轮廓几何形貌特征值（平均峰角和平均峰高）的分形参数（分形维数和分形标度）描述公式。     

基于STEP中性文件的有限元自动建模

直接利用CAD系统的几何造型 ,以STEP中性文件为CAD造型系统与有限元单元剖分系统间的几何和拓朴信息传递媒介 ,实现有限元单元的自动剖分。按STEP/AP2 0 3的语义模型提取STEP中性文件中三维形体的表面信息 ,将该形体的每个表面映射到二维参数平面 ;利用参数平面的边界数据和二维单元自动剖分模块 ,用推进波前法实现表面网络的自动生成 ;然后由表及里实现三维实体单元的生成 ,系统基于STEP中性数据文件 ,可以与多个流行的CAD系统实行连接。     

基于裂缝分形特征的钢混梁疲劳损伤精细评估

为了改进传统损伤检测和识别方法在精度和实用性等方面的不足,基于分形理论和图像处理技术,提出提取桥梁关键部分表观裂缝特征和分形盒维数的方法,通过建立表观裂缝分形维数和典型力学参数之间的函数关系实现损伤评估。为了验证该方法的有效性,开展 T型钢筋混凝土简支梁的疲劳加载试验。采用分形理论建立不同疲劳加载和损伤状态下的裂缝分形维数与跨中挠度、一阶频率和静动刚度等实测参数的函数,明确分形维数与损伤指数的匹配关系。结果表明,基于分形维数的损伤评估具有良好的准确性和鲁棒性,可以通过传统物理参数与裂缝分形维数的稳定函数关系对桥梁疲劳损伤进行精细化评估。     

平衡轴力作用下K节点焊缝周围应力分布规律

首先建立了焊接K节点的有限元分析模型,计算了承受平衡轴力作用下的K型管节点在焊缝周围的应力分布情况.然后通过对420个K节点模型进行的参数分析,研究了表征K节点的几个主要几何参数对热点应力分布规律的影响.通过模型分析,发现在平衡轴力作用下K型管节点焊缝周围应力分布情况是要受几何参数影响的.在几何参数不同的情况下,热点应力的位置会在冠点和鞍点之间发生移动.由于热点应力处是疲劳裂纹出现的位置,因此K节点疲劳断裂过程是要受到几何参数影响的.     

压电力传感器晶片与电极接触刚度影响研究*

以压电力传感器为核心的多分量测量系统是航空、航天等领域重要的力学测量装置。压电力传感器中晶片与电极结合面接触刚度是基础性能参数,对压电力传感器的分载效应及灵敏度,多分量测量系统的整体刚度及静、动态性能有直接影响。由于尚无对该参数的研究,导致在设计封装压电力传感器过程中缺少相应的理论依据,在使用多分量测量系统时存在标定困难等问题。针对以上问题,研究晶片与电极结合面接触刚度的影响因素,建立基于分形理论的接触刚度模型,优化了晶面表面形貌、压电材料、电极材料、预紧力等参数。在此基础上,研究接触刚度对传感器性能——刚度、灵敏度、固有频率等影响,提出一种以接触刚度为约束的晶片表面形貌优化方法。基于结构函数法,建立分形理论与实际工程测量参数的联系,通过两种压电晶体——石英与硅酸镓镧,四种电极材料——钛合金、不锈钢、黄铜、铝,试验验证了理论模型。试验表明,优化晶片表面分形参数、提高预紧力、选用弹性模量小的电极有助于提高晶片与电极接触刚度,进而提高传感器的整体刚度、灵敏度和固有频率。研究为高性能压电力传感器的设计提供了理论参考。     

类似荷叶表面分形结构的润湿性研究

依据荷叶表面具有不规则自相似微纳双重结构,引入分形几何学构造类似荷叶的Koch分形结构,并建立相应的Cassie、Wenzel模型接触角方程,分析分形维数和结构参数对其润湿性的影响。研究表明:对于分形结构表面,随着分形维数的增大,结构越致密,接触角越大;同时,分形结构中微/纳尺度参数之比越大,接触角也越大。对于荷叶分形结构表面,当分形维数为2.261 8时,对应2种模型的接触角均为160°,Wenzel模型的微米乳突与纳米结构尺寸之比约为140,Cassie模型的微米乳突与纳米结构尺寸之比约为50;而且当Wenzel模型分形维数为2.273 5、Cassie模型分形维数为2.345 5时,接触角可达到180°。     

刀具磨损过程中切削力动态分量信号分形维数的变化规律研究

研究了刀具磨损过程中切削力动态分量信号分形维数的变化规律 ,发现分形维数在刀具初期磨损和剧烈磨损阶段较正常磨损阶段高。由于切削力信号动态分量的分形维数随刀具磨损状态的变化而变化 ,使得它可以作为切削过程中判断刀具工作状态的一个参数     

基于分形理论的玻璃切削力和表面粗糙度研究

基于分形理论研究了玻璃切削时不同切削参数对切削力及其分形维数以及表面粗糙度的影响。试验结果表明:切削力分形维数与玻璃切削过程的四个阶段密切相关,如玻璃切削过程以某一阶段(如大块破碎)为主,则切削力分形维数越小,表面粗糙度越大;如切削过程包含多个阶段,则切削力分形维数越大,表面粗糙度越大。     

面向IP模式测控系统的PLSR-SBR双层压缩

针对以太网测控网络存在数据冲突导致系统实时性、可靠性降低问题,提出了基于偏最小二乘回归(PLSR)SBR的双层压缩方法。第一层建立主参量与所有辅助参量的确定模型,利用压缩有效性指标确定主成分,完成主参量的信息压缩。第二层基于改进的SBR,通过选取辅助参量中的基础序列,建立基础信号;在满足拟合误差条件下,逐步将每一个辅助参量序列映射到基础信号上,完成对辅助参量的数据压缩。该方法重点解决辅助参量和主参量中的解释潜变量和反映潜变量相关程度最大、基础信号由最少基础序列组成、辅助参量实现最小变长分解个数及基础信号独立更新原则等关键问题。最后将该方法应用于IP模式乙醇浓度测控系统。实验结果表明,在IP模式测控系统同时具有主参量和辅助参量,且不同参量间存在相关性时,该方法可在允许拟合相对误差为5%的情况下,使压缩率达到68%以上,从而有效地降低以太网测控网络数据冲突程度。     

高速铣削中切削力动态分量信号分形特征的研究

本文研究了高速铣削调质 45钢时切削力动态分量信号的分形特征 ,通过试验研究了不同刀具材料和不同切削速度对切削力动态分量信号分形维数的影响 ,并对这些影响进行了机理的分析。研究表明 :分形维数可以表征切削力动态分量的随机性和切削状态的平稳性     

FERImage: an interactive program for fractal dimension, d(per) and d(min) calculation

A computer program has been written for the determination of the D fractal dimension at low scale, of the d(per) representative parameter of the periodical region at high scale, and the d(min), representative parameter of the minimum elemental cell which is repeated in the periodical structure from the variogram. It carries out the simultaneous obtention of the three previous parameters developed by Bonetto and Ladaga. The program also allows to obtain fractal dimension values from the Fourier power spectrum. FERImage has been developed so that the users could choose the rank where the behavior is fractal, not only in the variogram method but also in the Fourier spectrum method.     

Measuring fractal dimension and complexity — an alternative approach with an application

Fractal dimension has often been applied as a parameter of complexity, related to, for example, surface roughness, or for classifying textures or line patterns. Fractal dimension can be estimated statistically, if the pattern is known to be self-similar. However, the fractal dimension of more general patterns cannot be estimated, even though the concept may be retained to characterize complexity. We here show that the usual statistical methods, e.g. the box counting method, are not appropriate to measure complexity. A recently developed approach, the extended counting method, whose properties are closer to what fractal dimension means, is considered here in more detail. The methods are applied to geometric and to blood vessel patterns. The weak assumptions about the structure, and the lower variance of the estimate, suggest that the extended counting method has beneficial properties for comparing complexity of naturally occurring patterns.