考虑旋转调制 INS 轴角误差的船体变形测量方法

旋转调制式惯导已成为舰船主惯导,在采用旋转调制式惯导进行船体变形角测量时,由于旋转轴与惯性测量组件的坐标系不完全重合,导致船体变形角中被引入与旋转相关的波动误差。针对这一问题,提出了考虑旋转调制惯导转轴倾角误差的船体变形测量方法。推导了单轴旋转系统转轴倾角误差与船体变形测量之间的数学关系,构建了含有轴角误差的状态观测数学模型,利用卡尔曼滤波器实现了船体变形测量的同时对转轴倾角进行估计。实验结果表明,所提方法可以估计出旋转调制惯导中存在的转轴倾角大小,有效提高测得船体变形角精度,其中水平方向提升到6″,纵向方向提升到6″,为利用旋转调制式惯导进行船体变形测量提供参考。     

基于透射电镜晶格图像数字云纹的应变测量方法

提出一种通过量化几何转角实现应变测量的数字云纹新方法。该方法以高分辨透射电镜(TEM)获取的晶格图像为基础,通过傅立叶变换-反傅里叶变换,将TEM晶格图像生成三个不同倾角的栅线图。以已知应变状态位置获取的TEM栅线图为参考栅,以所需测量位置获得的栅线图为试件栅,分别对倾角接近的参考栅与试件栅进行逻辑运算,得到各倾角栅对应的数字云纹图像。基于几何云纹基本原理,建立参考栅与试件栅二者之间栅线倾角的变化(即栅线转角θ)、该栅线倾角所对应几何云纹条纹的倾角与栅线间距变化率(即栅线法向应变分量ε)之间的解析关系。计量栅线转角与几何云纹条纹的倾角便能够得到试件栅位置上三个不同方向的正应变,从而实现面内应变各分量的解耦测量。由于本方法获得的是高分辨TEM图像所在位置的应变平均信息,因此具有十纳米量级的空间分辨率。本文采用模拟实验对以上方法的正确性进行了验证,并将其应用于多层异质半导体结构横截面样品的应变分析,并给出了面内应变各分量的细节信息。     

干涉条纹图处理的等值线窗口滤波和摄像测量在国防试验的应用

对图像进行滤波或称平滑是干涉条纹图像处理中的一项重要工作。一幅未经处理的原始图像或多或少存在着不同程度的噪声干扰,特别是散斑和Insar干涉条纹图,信噪比很低,难以处理。本文针对光测力学中光学干涉方法得到的条纹图,提出了一种新的滤波方法条纹等值线窗口滤波,并对这种滤波方法进行了研究讨论,提出了几种确定等值线窗口的不同方法。这种滤波方法根据干涉条纹图不同断面上灰度分布的不同特点,选择沿条纹走向的条纹等值线窗口进行滤波,在最大消除条纹图噪声的同时,也能保证对条纹损伤最小。摄像测量技术正在迅速发展和得到广泛应用,在国防试验和航天飞行任务中发挥着不可替代的作用。本文也介绍了作者近年来在该领域所做的应用研究,包括在火箭、导弹发射试验,冲击、碰撞等过程中的动态目标运动测量;针对航天航空和力学工程领域的视频图像实时分析;飞行器三维运动测量;基于投影条纹的物体三维形貌精密测量方法研究;以及对接航天器位置和姿态的实时测量。在这些应用中都实现了高精度测量。     

发动机叶片扭转和弯曲变形同步测量新方法

扭转和弯曲变形测量可以确定叶片弯扭变形耦合的特征,为叶片弯扭耦合分析提供可用的试验手段。本文提出了一种发动机叶片扭转和弯曲变形同步测量的新方法,其中,扭转角度测量方法能更加灵活地应用于测量叶片类形状不规则构件的扭转变形,而弯曲变形测量方法解决了叶片变形方向未知且存在弯扭耦合时的叶片变形测量问题,从而可实现对叶片截面扭转和弯曲变形的同步测量。对上述测量方法进行了专门的验证试验,结果表明:与传统方法测量结果相比,扭转角度测量偏差小于1%,挠度测量偏差小于2%,满足工程测量精度要求。     

光弹性等差条纹级数的识别

本文根据光弹性和光干涉原理,提出了利用双波长测得的扣纹级数小数部分计算条纹全量的方法,并经计算和实验验证其正确性,它的精度取决于小数条纹部分的测量精度.本方法将为光弹性实验数据的自动采集提供了方便.     

A NEW SPATIAL THIN-WALLED BEAM ELEMENT INCLUDING TRANSVERSE AND TORSIONAL SHEAR DEFORMATION

基于Timoshenko梁及Benscoter薄壁杆件理论,建立了考虑剪切变形、弯扭耦合以及翘曲剪应力影响的空间任意开闭口薄壁截面梁单元. 通过引入单元内部结点,对弯曲转角和翘曲角采用三节点Lagrange独立插值的方法,考虑了剪切变形和翘曲剪应力的影响并避免了横向剪切锁死问题;借助载荷作用下薄壁梁的截面运动分析,在位移和应变方程中考虑了弯扭耦合的影响. 通过数值算例将该单元的计算结果与理论解以及商用有限元软件和其他文献中的数值解进行对比和验证,结果对比表明该薄壁梁单元具有良好的精度和收敛性.     

复合材料加筋板压缩过程的全场光学检测

数字投影条纹形貌测量方法具有非接触、全场性、测试仪器结构简单及测量精度高和实时自动处理等优点,能实时检测物体表面形貌的演化过程.使用四幅正弦相移条纹图像循环投影到正交肋增强的复合材料层合板上,采用相移法实时监测层合板在压缩过程中的形貌变化过程.测量结果显示复合材料层合板在各个正交增强网格内出现局部屈曲波包,在端部附近网格内表现为波峰,而在中间附近网格内显示为波谷.通过对指定位置的挠度分析可知,在整体试样弯曲的基础上,网格内的局部屈曲挠度随载荷而增加,实验测量数据有利于探讨其破坏机理及失效模式.     

基于图像的主动脉弓运动和变形参数自动跟踪测量方法

提出一种基于动物实验序列图像的自动跟踪方法,测量主动脉弓在体运动和变形。在测量的初始帧,手动选取测量窗口,采用像素灰度值的梯度算法对图像测量窗口内的边界进行自动识别,得到主动脉弓的真实边界,进而调整测量窗口至最佳位置。在后续帧中,自动跟踪最佳测量窗口的位置,测量主动脉弓不同部位动脉直径和中心点位置随时间的变化。通过对四只兔子的实验测量,结果发现:主动脉弓具有一定锥度,在弓部直径最大,且主动脉弓在体运动和变形周期与心动周期之间存在较强的相关性。结论与生理现象或已有实验结果一致,表明基于图像的自动跟踪方法在测量主动脉弓运动与变形时不仅可行,而且可靠。     

彩色光弹性干涉影像分析系统

自行开发的“彩色光弹性干涉影像分析系统”首先利用CCD成像和图像采集设备,将光弹图像以数字图像的形式存储到计算机,然后通过对存储的光弹图像进行处理,得到物体边界、等差线、等倾线等数据。最后根据这些数据,绘制出主应力迹线,并进行二维的和三维的应力分析。本文着重介绍了系统整体设计以及系统研制的难点问题(彩色光弹图像处理、主应力迹线的绘制等)。系统可以通过对彩色图像进行分解,应用目前已经比较成熟的灰度光弹图像处理技术,来完成彩色图像的处理;也可以直接应用彩色信息来确定条纹级数,进行相关处理。彩色图像能够比灰度图像提供更精确的图像信息,以满足高精度测量的要求。     

条纹投影法中考虑伽马非线性影响的相移编码去包裹方法

条纹形貌测量方法中广泛存在相位去包裹问题,相移编码去包裹方法兼顾了时间类方法逐点分析的鲁棒性和空间类方法的高效性,但是容易受到投影仪的伽马非线性影响.本文通过使用有限谐波模型近似非线性影响下的条纹图像,得到了一种考虑非线性影响的相移编码去包裹方法,在不增加编码图像数量的条件下能稳健地实现不连续物体的形貌测量,而且有效抑...     

光栅试验台的自适应模糊补偿器设计

在惯导测试设备设计过程中会经常碰到摩擦干扰问题,作提出了一种采用自适用模糊补偿器的控制系统设计方案,以克服光栅试验台隐速中影响低速平稳性的摩擦干扰。首先,采用传统方法,基于对象的简化线性模型来设计ＰＩ控制器,然后利用自适应模糊技术对摩擦干扰进行了补偿。这种方案能较好地克服摩擦干扰来的低速性能差的问题。     

闭环双臂空间机器人系统运动规划的双向逼近方法

讨论了载体位置、姿态均不受控制的闭环双臂空间机器人系统的非完整运动规划问题. 以系统动量、动量矩守恒关系及几何约束条件为基础，建立了控制设计所需的系统状态方程； 并通过对状态方程应用双向Lyapunov方法，获得了机械臂关节角的控制输入方程，从而达到 对载体姿态及机械臂关节角的双重控制效果. 该方法的优点是减少了载体姿态控制燃料的消 耗，有效地延长了空间机器人系统的使用寿命. 通过一个平面自由漂浮闭环双臂空间机器人系统 的数值仿真，证明了方法的有效性.     

非线性转子-轴承系统涡动的机械化数学分析

为研究转子一轴承系统中非线性油膜力引起的半速涡动，本文给出了将吴文俊消去法和符号计算相结合的分析方法。基于短轴承假设，得到了单盘转子系统涡动时盘心、轴心及涡动角速度相对于无量纲转速的关系式。分析研究了转子涡动角速度变化规律及出现的双稳态现象。     

Effect of elasticity on the dynamics of a superconducting rotor rotating in a magnetic field

A spherical shape of the outer surface of rotors of some types of noncontact gyroscopes gives rise to conditions, where the force field ensures the stability of the center of mass relative to the base and has an insignificant effect on the angular motion of the rotor. However, there are some effects (for instance, the Barnett—London effect), which lead to emergence of moments of mechanical forces even for spherical bodies. The effect of rotor elasticity on the motion of a superconducting deformable spherical solid body in a magnetic field is studies. It is shown that the moment of mechanical forces acting on the body in the magnetic field is proportional in the first approximation to the angular velocity squared. The effect of this moment on the dynamics of angular motion of the rotor is studied.     

热振联合环境试验技术研究

针对工作在高温叠加振动环境中的飞行器结构进行热振联合环境试验的需要,研究了一种基于激光测量的非接触式热振联合环境试验技术,并基于该技术搭建了一套热振联合环境试验系统对某试验件进行试验,该系统包括振动试验系统和加热试验系统两个独立并行的子系统。试验结果表明,基于非接触式热振联合环境试验技术的热振联合环境试验系统在提供试验件所需振动环境的同时,可以精确地模拟试验件实际使用中的加热过程,具有较好的实用价值。     

Interaction of a centered isentropic compression wave with the bow shock ahead of a body in a rarefied gas

Rarefied gas flow with a centered isentropic compression wave is investigated using direct Monte Carlo simulation of the solution of the Boltzmann equation. For monatomic gas flow the pattern of formation of a suspended compression shock near the geometric center of the compression wave is considered. The flow pattern is compared with the results obtained within the framework of gas dynamics. For a diatomic gas the interference of a centered compression wave with the bow shock ahead of a cylinder is investigated. The dependence of the pressure and the heat transfer to the surface on the Reynolds number and the wave center position relative to the cylinder center is analyzed. The results are compared with those of numerical simulation of the Euler and boundary-layer equations.     

高层建筑动态风干扰的瞬态风压积分法研究

提出通过在风洞试验中多通道测量刚性模型表面瞬态风压并进行积分的方法研究高层建筑的动态风干扰。模型表面的瞬态风压利用多通道同步压力测量而得到。为提高数值积分精度,测压孔位置按高斯求积节点布置。设计了表面布置有测压孔的受扰高层建筑刚性模型和三种不同高度的干扰建筑模型,研究了相同高度以及不同高度的两个高层建筑之间的顺风向和横风向动态风干扰。借助干扰因子讨论了近邻建筑的位置、距离以及楼高对受扰建筑基础动态倾覆力矩的影响规律,并与传统方法所得结果作了比较。     

Nonlinear Dynamics of a Rigid Unbalanced Rotor in Journal Bearings. Part I: Theoretical Analysis

The dynamic behaviour of a rigid rotor supported on plain journal bearings was studied, focusing particular attention on its nonlinear aspects. Under the hypothesis that the motion of the rotor mass center is plane, the rotor has five Lagrangian co-ordinates which are represented by the co-ordinates of the mass center and the three angular co-ordinates needed to express the rotor's rotation with respect to its center of mass. In such conditions, the system is characterised not only by the nonlinearity of the bearings but also by the nonlinearity due to the trigonometric functions of the three assigned angular co-ordinates. However, if two angular co-ordinates have values that are generally quite small because of the small radial clearances in the bearings, the system is de facto linear in these angular co-ordinates. Moreover, if the third angular co-ordinate is assumed to be cyclic [18], the number of degrees of freedom in the system is reduced to four and nonlinearity depends solely on the presence of the journal bearings, whose reactions were predicted with the -film, short bearing model. After writing the equations of motion in this way and determining a numerical routine for a Runge–Kutta integration the most significant aspects of the dynamics of a symmetrical rotor were studied, in the presence of either pure static or pure couple unbalance and also when both types of unbalance were present. Two categories of rotors, whose motion is prevailingly a cylindrical whirl or a conical whirl, were put under investigation.     

板桁结构考虑局部屈曲空间计算的横向条带板段单元法

用有限个横向条带法构造了板桁组合结构板段考虑局部屈曲的空间位移模式。基于三维连续体的虚功增量方程,导出了横向条带板段单元的ＵＬ列式,并考虑了板段单元位形变化的影响。此计算方法自由度少,计算精度高,能用于大型板桁结构的几何非线性分析。文末计算了广东西江桥板桁组合结构模型梁,计算结果与实测结果吻合较好。     

舰船平台上一种改进的传递对准方案设计与仿真

为了提高舰船惯性导航系统在动基座下的传递对准的精度和快速性,针对舰船平台的应用特点,采用卡尔曼滤波器对主、子惯导的"速度加角速率"参数的误差量进行滤波估计并进行了算法设计。运用卡尔曼滤波器的平滑算法改善传递对准的精度。针对卡尔曼滤波器平滑算法会降低对准速度的缺点,在只损失一小部分精度的前提下,创新性的采用卡尔曼滤波器的降阶算法提高了对准速度。通过Matlab软件对卡尔曼滤波器算法、卡尔曼滤波器平滑算法和卡尔曼滤波器平滑加降阶算法的速度误差和姿态误差分别进行了仿真。仿真结果表明,"速度加角速率"匹配传递对准改进算法具有稳健的对准精度和快速性,有一定工程应用参考价值。