适用于SR-CT技术的新算法

SR-CT(Synchrotron Radiation Computed Tomography)技术中有多种重建算法,其典型算法有滤波反投影算法和迭代算法,这两类算法各有其特点。综合考虑重建结果的质量和重建运算的时间,本文提出了一种新的算法混合算法。通过不同算法重建图像的分析比较,结果表明混合算法包含了前两类算法的优点,而且避免了它们的缺点,是一种行之有效的算法。同时对混合算法中的一些重要参数如初始解系数、迭代步长也进行了详细讨论,并给出了这些参数对重建图像质量的影响关系。     

基于加窗傅立叶变换的SR-CT滤波反投影重建

SR-CT(Synchrotron Radiation Computed Tomography同步辐射X射线计算机断层扫描)实验中,原始投影图像存在噪声,从而影响了滤波反投影重建图像的质量.为提高重建图像质量,提出了一种基于加窗傅立叶变换滤波改进重建图像质量的方法.通过对原始投影图像噪声和滤波反投影算法的讨论,对利用该方法提高重建图像质量的可行性进行了分析.利用加窗傅立叶滤波方法对两组SR-CT实验得到的投影图像分别进行了处理,抑制了原始投影图像的噪声,提高了重建图像的质量.实验的结果验证了该方法的有效性.     

二维边界层方程的迭代求解

针对二维边界层方程,提出了分析积分迭代法.首先将该方法应用于Blasius方程和Falkner-Skan方程的求解,数值计算结果稳定,计算精度高;然后对外部有势流不能达到自相似要求、必须二维求解的二维层流边界层问题,在分析积分迭代法中加上计算力学的松弛迭代法,形成了一套有效的算法.数值结果表明该方法用于层流边界层的计算是很有效的.     

多工况下杆系结构拓扑型优化设计

 给出了一种用于杆系结构的拓扑型结构综合算法. 该算法由拓扑 级和形状级两部分组成，并用修正Goldfarb法进行求解. 本文提出的 修正Goldfarb法是根据杆系结构特点吸取文[1]的松弛方法在共轭梯度 法基础上给出的，通过对结构优化算例的计算，说明该方法效果较好.     

全加速度计惯性测量系统角速度解算方法的优化

全加速度计惯性测量技术是利用加速度计代替原来的陀螺来解算载体的姿态和位置信息。利用十二加速度计惯性组合配置方案的冗余信息,通过积分法、开平方法和迭代法解算出三种角速度,然后依据加权平均原理将上述三种角速度信息进行数据融合并对角速度进行补偿。经过算法补偿,解决了角速度误差随时间积累而发散的问题,同时解算精度得到了大幅提高。通过实验,将由全加速度计惯性测量系统输出信息解算出的角速度值与理论角速度值进行比较。通过对比,开平方法和迭代法相对于积分法对角速度解算误差的发散均有较好的抑制效果,应用加权平均法相比其他三种方法得到的角速度精度更高,且误差不随时间发散。为该研究领域提供了较好的参考。     

带不确定混合噪声系统的变分贝叶斯期望最大滤波算法

卡尔曼滤波器假设量测噪声为已知统计特性的高斯白噪声,然而系统可能受到不确定随机噪声以及未知有界噪声共同影响,若采用单一滤波策略,则估计结果易出现较大偏差。将两种不确定噪声运用未知参数的高斯混合模型进行表示,提出变分贝叶斯期望最大滤波算法。所提方法采用变分贝叶斯最大化方法对量测噪声模型中的超参数进行更新,在得到模型超参数后,利用变分贝叶斯期望算法计算噪声模型的隐变量。对上述过程反复迭代,最终获得系统的状态和协方差。仿真结果表明,相比于传统的卡尔曼滤波算法和联合滤波算法,变分贝叶斯期望最大滤波算法在出现混合不确定噪声时,经纬度定位精度均提高60%以上,提高了导航系统的精确性。     

基于Allan方差解耦自适应滤波的旋转SINS精对准方法

对旋转式SINS精对准方法进行了研究,由于转位机构转动干扰以及惯性器件误差不确定性带来的影响,旋转式SINS状态方程和量测方程噪声方差参数难以确定,进而导致初始对准精度降低,针对这个问题引入自适应Kalman滤波技术。Sage-Husa是一种常用的自适应滤波算法,但是存在噪声参数强耦合缺陷。通过研究Allan方差与量测噪声方差之间的关系,利用Allan方差滤波器具有带通滤波的特点,独立计算量测噪声协方差阵R_k,该方法能够有效克服Sage-Husa滤波耦合问题,相比其它改进方法具有简单易实现等特点。对该研究进行了仿真实验与实际系统验证实验,结果表明:对于中等精度光纤陀螺单轴旋转SINS,自适应Kalman滤波算法航向角对准精度比标准Kalman滤波算法精度要高0.6’左右,且在误差估计过程中,自适应Kalman滤波器能够更好地抑制外界干扰误差的影响,是一种较好的精对准方法。     

基于前向线性预测算法的光纤陀螺零漂的神经网络建模

在详细分析光纤陀螺零漂的基础上,提出了先用滤波算法对光纤陀螺信号进行预处理,然后采用RBF神经网络对滤波后的信号进行建模的方法。针对光纤陀螺信号特点分别采用FLP算法、小波滤波算法、解相关变步长LMS自适应滤波算法对其进行了预处理,比较三种滤波方法,小波滤波算法效果优于其它两种预处理方法,但针对基于预处理后的陀螺信号采用RBF神经网络进行建模时,小波滤波预处理后的信号在建模精度上却是最差的,而对FLP算法滤波后的信号进行RBF建模,建模精度提高了两个数量级。结果表明:基于FLP算法的RBF神经网络在光纤陀螺中的建模是有效的,可大大提高建模的精度。     

SR-CT技术乘型迭代算法的研究

算法为SR-CT(synchrotron radiation computed tomography)技术中的重要组成部分,其中乘型迭代算法为该技术的一种有效算法。本文对乘型迭代算法进行了研究,并对该算法中的一些重要参数,如迭代步长、迭代次数及初始解进行了优化分析,给出了这些参数对重建图像及运算时间的影响关系以及这些参数间的相互影响关系,同时给出了获取较优初始解的方法以及迭代步长和迭代次数的最佳取值范围。     

基于相关滤波算法的全姿态加速度计寻北方案

加速度计寻北仪由于其角速度测量原理采用的是动态测试方案.考虑到采用数据拟合的方法处理动态测试数据去噪效果不强,而相关滤波算法作为一种专门在动态测试中应用的相位检测算法,对随机噪声和谐波噪声都有很强的抑制作用,提出了利用相关滤波算法进行信号去噪并提取北向角信息的思想;在此基础上,通过分析平台姿态角与寻北角之间的解析关系,推导了可以消除姿态影响的姿态补偿算法,该算法需要再增加两个加速度计敏感姿态角.仿真结果显示,相关滤波算法对加速度计中的各类噪声有很好的抑制作用,而经过姿态补偿改进后的相关滤波算法,消除了姿态角造成的原理性寻北误差,可以实现全姿态加速度计寻北,最终的等效调平误差仅为仪表误差所引起.     

基于捷联惯导的航空重力测量滤波算法

在航空重力测量中通常需要采用卡尔曼滤波来对比力测量误差进行估计。针对航空重力测量只需要进行事后处理的特点，提出了两种新方法来提高比力测量的精度：一是最优卡尔曼滤波平滑算法，该算法的估计值是前向／反向卡尔曼滤波器的估计值的最优组合；二是迭代算法，由于在滤波模型中通常不对重力异常进行建模，而模型误差的存在会降低滤波精度，迭代算法的基本思想是将重力异常估计值代入新的导航解算，以此降低重力异常对滤波估计精度的影响。仿真分析表明所提出的方法能有效提高比力测量的精度，同时表明滤波估计是有偏的，因此还需要采用网格平差等方法来消除系统误差。     

离散变量结构形状优化设计的综合算法

提出一种离散变量结构形状优化设计的方法,该方法在优化过程中将两类变量统一考虑,根据两类变量的相对差商值确定搜索的变量;并且对形状变量施加了运动极限的限制,从而保证了收敛速度快,收敛平稳;将该算法应用于几个经典的结构优化算例：运算结果显示了该方法计算效率高,优化效果也比较满意．     

传热与接触两类问题耦合作用的有限元分析

考虑传热接触耦合作用的热力学分析问题大量存在于工程中,分析的难点是必须考虑热与可移动接触边界间的耦合作用。针对这类问题的求解,该文给出了接触边界上热交换与温度边界条件,并在此基础上建立了两类变分方程,一类是热力学变分泛函,其考虑了接触区域对结构热传导的影响;另一类是二维热弹性接触分析的参数变分原理,可以方便地对接触问题进行求解。文中给出有限元分析的离散公式,并进一步给出两类问题耦合分析的迭代算法,其中接触分析的惩罚因子是可以消除的,数值结果验证了该文的理论与算法。     

提高多体系统离散时间传递矩阵法计算精度的研究

深入探讨多体系统离散时间传递矩阵法对平面、空间刚体-光滑铰多体系统运动响应的研究。提出提高该方法计算精度和计算稳定性的方法，导出相应的多端刚体传递矩阵。设计了角坐标的迭代循环，该变量不必采用近似形式，因而提高了计算精度和计算稳定性。其它方法有：1)增加泰勒展开式的高阶项；2)合理选择将速度、加速度表示为位移的线性函数的方法(本文简称线性化方法)；3)合理确定迭代循环的初值等。对4种多体系统进行了计算机仿真研究，表明本文提出的方法有效。     

同位网格上SIMPLE算法收敛特性的Fourier分析

应用Fourier方法研究了同位网格上SIMPLE算法求解浅水方程的收敛特性,并就松弛因子组合及阻力项的影响进行了分析.结果表明,采用合适的松弛因子组合可以很快地消除高频区域的误差,同时也可逐步消减迭代中低频区域的误差以获得收敛解.在保证收敛的前提下,低频误差分量决定了迭代速度,而且浅水方程中阻力项越大越利于SIMPLE算法收敛.     

利用磁强计及微机械加速度计和陀螺的姿态估计扩展卡尔曼滤波器

提出了一种用于惯性测量组合(IMU)姿态估计的扩展卡尔曼滤波器。此滤波器的状态转移阵利用基于四元数的等效旋转矢量来计算姿态。等效旋转矢量法可以避免欧拉角的奇异问题，并能有效抑制不可交换误差。测量四元数是利用高斯-牛顿迭代法解算以加速度计和磁强计输出数据为变量的方程组得出的。用从实际IMU采集的数据对滤波器进行测试，并比较了带有滤波器和没有滤波器的结果。     

Performance analysis of IDEAL algorithm for three‐dimensional incompressible fluid flow and heat transfer problems

Recently, an efficient segregated algorithm for incompressible fluid flow and heat transfer problems, called inner doubly iterative efficient algorithm for linked equations (IDEAL), has been proposed by the present authors. In the algorithm there exist inner doubly iterative processes for pressure equation at each iteration level, which almost completely overcome two approximations in SIMPLE algorithm. Thus, the coupling between velocity and pressure is fully guaranteed, greatly enhancing the convergence rate and stability of solution process. However, validations have only been conducted for two‐dimensional cases. In the present paper the performance of the IDEAL algorithm for three‐dimensional incompressible fluid flow and heat transfer problems is analyzed and a systemic comparison is made between the algorithm and three other most widely used algorithms (SIMPLER, SIMPLEC and PISO). By the comparison of five application examples, it is found that the IDEAL algorithm is the most robust and the most efficient one among the four algorithms compared. For the five three‐dimensional cases studied, when each algorithm works at its own optimal under‐relaxation factor, the IDEAL algorithm can reduce the computation time by 12.9–52.7% over SIMPLER algorithm, by 45.3–73.4% over SIMPLEC algorithm and by 10.7–53.1% over PISO algorithm. Copyright © 2009 John Wiley & Sons, Ltd.     

A New Method for Solution of 3D Elastic-Plastic Frictional Contact Problems

ＩｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎＣｏｎｔａｃｔｐｒｏｂｌｅｍｉｓｏｆｐａｒｔｉｃｕｌａｒｉｎｔｅｒｅｓｔｉｎｎｕｍｅｒｏｕｓｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓｒａｎｇｉｎｇｆｒｏｍｓｔｒｕｃｔｕｒｅ＿ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎｔｏｍａｃｈｉｎｅｄｅｓｉｇｎａｎｄｍｅｔａｌｆｏｒｍｉｎｇｕｎｄｅｒｖａｒｉｏｕｓｌｏａｄｃａｓｅｓ.Ｃｏｎｔａｃｔｐｒｏｂｌｅｍｓａｒｅｎｏｎｌｉｎｅａｒｆｏｒｔｈｅｍｏｖｉｎｇｂｏｕｎｄａｒｙａｎｄｔｈｅｅｘｉｓｔｅｎｃｅｏｆｆｒｉｃｔｉｏｎａｌｏｎ…     

含多个分层复合材料层合板后屈曲性态研究

基于Mindlin假定下的大变形板／壳理论，采用参考面单元和虚拟杆单元相结合的非线性有限元方法，建立了分析含多个穿透分层损伤层合板后屈曲行为的有限元计算模型，并给出了考虑接触后非线性屈曲方程的迭代算法，从而研究考虑层间接触效应的多分层层合板的后屈曲性态。文中着重讨论了分层的深度、数目和尺寸对含多分层合板后屈曲性态的影响。大量数值分析结果证明了该模型的有效性，并且得到了一些对层合板结构设计和对含分层损伤层合板评估有益的结论。     

A DOMAIN DECOMPOSITION ALGORITHM WITH FINITE ELEMENT-BOUNDARY ELEMENT COUPLING

A domain decomposition algorithm coupling the finite element and the boundary element was presented. It essentially involves subdivision of the analyzed domain into sub-regions being independently modeled by two methods, i.e., the finite element method (FEM) and the boundary element method (BEM). The original problem was restored with continuity and equilibrium conditions being satisfied on the interface of the two sub-regions using an iterative algorithm. To speed up the convergence rate of the iterative algorithm, a dynamically changing relaxation parameter during iteration was introduced. An advantage of the proposed algorithm is that the locations of the nodes on the interface of the two sub-domains can be inconsistent. The validity of the algorithm is demonstrated by the consistence of the results of a numerical example obtained by the proposed method and those by the FEM, the BEM and a present finite element-boundary element (FE-BE) coupling method.