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基于单相机的数字图像相关方法及其应用

基于单相机的数字图像相关方法及其应用

作者：原天宇山东理工大学

学位级别：硕士

在现代光测力学中,数字图像相关方法因其非接触式全场测量、环境适应性好等优点,被广泛应用于实验力学与其他交叉学科研究领域。目前,用于工业检测领域的三维数字图像相关方法仍然以双相机成像系统为主,在狭小空间进行测量时,存在两个... 详细信息

在现代光测力学中,数字图像相关方法因其非接触式全场测量、环境适应性好等优点,被广泛应用于实验力学与其他交叉学科研究领域。目前,用于工业检测领域的三维数字图像相关方法仍然以双相机成像系统为主,在狭小空间进行测量时,存在两个相机间基线长度不足导致系统无法放置的问题;在应用于动态测量时,则存在相机间的同步问题。针对传统双相机的应用局限性,本文提出了一种基于单相机的三维数字图像相关方法,并将其应用于管道的无损检测与蜂窝夹芯板的低速冲击中。主要的研究内容有以下几个方面:1、将单相机与两个双棱镜结合,组成单相机-双棱镜测量系统。通过研究其成像原理,建立了单相机三维数字图像相关方法的光学模型,并且给出了观测视场的调节范围。另外,以传统双相机测量结果为基准,通过形貌重建与刚体位移实验得到,两种方法的最大相对误差小于1%,验证了方法的准确性。2、将单相机三维数字图像相关方法应用于管道的无损检测,重建了管道表面的缺陷形貌,测得表面变形最深处占管道直径的16.5%。同时,采用同轴光源照明,对长为750mm、直径为40mm的管道内部进行缺陷检测。测量得到,管道内焊缝缺陷呈现“月牙”形状,其距底部约为86mm,长度约为48.2mm,最大宽度约为4.9mm。此外,还采用基于应变测量的方法确定了管道内微小裂纹的位置,根据不同载荷下内表面x方向的正应变分布,预测了管道裂纹的走向。3、在蜂窝夹芯板的低速冲击实验中,通过研究不同能级下单次与多次冲击后的能量变化,分析得到了吸能率随冲击能量与冲击次数的变化情况。冲击后,采用所提方法重建了损伤试件的三维形貌,得到了不同能量的单次与多次冲击下蜂窝夹芯板的损伤参数,并以损伤深度表征蜂窝夹芯板的破坏,进一步分析了低速冲击中的吸能过程。在剩余压缩强度实验中,采用该方法测量试件的全场应变分布。结果表明,冲击点处的应力集中最终导致了试件的压缩失效;对所有试件进行实验后,得到了弯曲破坏、局部弯曲与脱粘破坏、脱粘分层三种主要的压缩失效形式。4、采用所提方法测量了蜂窝夹芯板在低速冲击中未冲击面的瞬态损伤。通过采集冲击过程中的动态图像,结合数字图像相关计算,得到了离面位移随时间呈现非线性增大的趋势。结合3kg重物两次冲击中的位移云图,进一步得到了离面位移以冲击点为中心,呈椭圆形向四周扩散的规律。另外,在两次冲击中选取三个相同时刻,检测了过冲击点处的离面位移空间分布情况,测得在冲击点附近有10mm左右的损伤宽度。最后,通过对比第二次冲击时的离面位移变化,分析了试件贯穿后,冲击对试件的变形影响。本文对单相机-双棱镜组成的三维数字图像相关方法与应用进行深入研究,通过建立物理模型、原理分析与实验研究,得到了测量精度较高的单相机三维数字图像相关方法,并将其应用在了无损检测与复合材料的低速冲击方面,为工程应用提供了可靠的理论依据与实验方法,具有良好的应用前景。

关键词：三维数字图像相关方法单相机-双棱镜系统变形测量无损检测低速冲击

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尺寸效应对跨音速转子特性影响及机理

航空动力学报 2024年

作者：龚天宇袁巍北京航空航天大学能源与动力工程学院北京航空航天大学航空发动机气动热力国家级重点实验室

J级重型燃气轮机(进口设计流量约1000kg/s)的首级压气机直径可达3米，难以开展全尺寸几何模型试验，基于相似原理开展缩尺研究是一种经济且简便可行的方法。本项工作基于数值方法开展尺寸效应对小/大模型性能及损失影响的对比研究，分... 详细信息

J级重型燃气轮机(进口设计流量约1000kg/s)的首级压气机直径可达3米，难以开展全尺寸几何模型试验，基于相似原理开展缩尺研究是一种经济且简便可行的方法。本项工作基于数值方法开展尺寸效应对小/大模型性能及损失影响的对比研究，分析尺寸效应对小/大模型损失影响机制。性能分析结果表明：气动相似的大模型等熵效率明显高于缩比模型，而Casey等提出的气动效率修正模型偏差不超过0.5%。机理分析表明：在叶尖强激波诱导的泄漏涡破碎区域，二次流主导，大模型损失强于小模型；而其它区域则以基元损失为主，边界层和尾迹掺混损失小模型损失更强；但综合损失仍然是小模型更大。因此影响小/大模型等熵效率的差异主要来源于基元边界层和尾迹掺混损失，而叶尖二次流损失造成的差异并不起决定性作用。这项工作致力于给工业重型燃气轮机设计初期提供参考。

关键词：尺寸效应重型燃气轮机跨音速转子气动特性气动效率预测模型损失机理

新型高温合金21Cr-32Fe-41Ni高温长期时效组织演变研究

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稀有金属材料与工程 2024年第4期53卷 1051-1057页

作者：李天宇王立民钢铁研究总院特殊钢研究院北京100081

铁镍基合金长期服役于较高温度下,因此高温下的组织稳定性是合金的重要指标之一。利用扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、电子探针(EPMA)、化学相分析等手段对750℃不同时效时间下新型铁镍基高温合金21Cr-32Fe-41Ni组织与性能... 详细信息

铁镍基合金长期服役于较高温度下,因此高温下的组织稳定性是合金的重要指标之一。利用扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、电子探针(EPMA)、化学相分析等手段对750℃不同时效时间下新型铁镍基高温合金21Cr-32Fe-41Ni组织与性能演变规律进行研究。结果表明,长期时效后合金中析出相主要有γ′相、σ相、α-Cr相以及MC相。在时效500 h内,基体中弥散分布的球形γ′相的质量分数和尺寸快速增加。时效时间从500 h增加至2000 h,γ′相的质量分数和尺寸增加速率逐渐降低。在长期时效过程中,σ相沿晶呈块状或条状分布,并与α-Cr相同时在晶内以针状或条状析出。随时效时间增加,σ相和α-Cr相数量增加,逐渐粗化。沿晶不连续分布的σ相逐渐相连,存在向网状分布发展的趋势。随时效时间增加至2000 h,合金强度先升高后降低,在时效500 h后达到峰值,硬度保持增加趋势。

关键词：铁镍基合金长期时效 γ′相 σ相 α-Cr相

基于SSA和双稳随机共振的车削颤振微弱特征提取

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振动与冲击 2024年第4期43卷 134-141页

作者：吴飞栾天宇农皓业武汉理工大学机电工程学院武汉430070

围绕车削颤振激发过程,针对车削颤振过渡阶段特征微弱且存在噪声和转频干扰的问题,提出一种基于麻雀优化算法(sparrow search algorithm, SSA)和双稳随机共振(bistable stochastic resonance, BSR)系统的车削颤振微弱特征提取方法。该... 详细信息

围绕车削颤振激发过程,针对车削颤振过渡阶段特征微弱且存在噪声和转频干扰的问题,提出一种基于麻雀优化算法(sparrow search algorithm, SSA)和双稳随机共振(bistable stochastic resonance, BSR)系统的车削颤振微弱特征提取方法。该方法利用SSA优良的寻优特性,以信噪比作为优化指标确定最佳BSR系统参数,用优化后的参数对车削颤振信号进行滤波处理,提取颤振特征频率。仿真试验表明SSA-BSR方法可以实现对强噪声背景下微弱特征信号的提取与增强,同时兼顾寻优速度快和获得全局最优解概率高的优点。开展车削颤振检测试验,颤振激发过程的加速度信号图谱分析结果验证了车削颤振特征频率幅值与颤振激发程度之间的相关性;不同模型在车削颤振过渡阶段特征提取的对比结果验证了SSA-BSR模型的有效性和优越性,并且能够满足车削颤振检测对实时性的要求,实现在进入剧烈颤振阶段前发出预警,为量化车削颤振和车削颤振在线监测提供一种新思路。

关键词：车削颤振随机共振麻雀优化算法(SSA) 信号处理

摆线针轮减速机参数对传动效率的影响与参数优化

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华南理工大学学报（自然科学版） 2024年第4期52卷 77-87页

作者：张跃明李天宇纪姝婷北京工业大学材料与制造学部北京100124

为进一步提高摆线针轮减速机的传动效率,对减速机传动效率的影响规律进行了深入研究,提出了考虑设计参数与工况参数变化的摆线针轮减速机传动效率计算模型,并对参数进行了优化。首先,考虑摩擦力和啮合齿隙,建立了摆线针轮传动机构的多... 详细信息

为进一步提高摆线针轮减速机的传动效率,对减速机传动效率的影响规律进行了深入研究,提出了考虑设计参数与工况参数变化的摆线针轮减速机传动效率计算模型,并对参数进行了优化。首先,考虑摩擦力和啮合齿隙,建立了摆线针轮传动机构的多齿承载接触分析模型,计算了摆线针齿啮合力与载荷分布规律;然后,考虑摆线针轮减速机的啮合损耗、输出损耗、轴承损耗、润滑损耗和密封损耗,提出了摆线针轮减速机传动效率计算模型,并分析了设计参数和工况参数对摆线针轮减速机传动效率的影响规律。研究表明,在考虑摩擦受力的情况下,转速、负载、针齿销半径、针齿分布圆半径、偏心距、针齿套半径是影响传动效率的主要参数,针齿销数、柱销分布圆半径、柱销半径和摆线轮齿宽次之。最后,以齿轮强度、齿轮宽度、齿廓形状、齿间间隙和承载能力作为参数优化范围,将效率和体积作为目标对设计参数进行多目标优化分析,得到最优参数解,进而获得了更小体积、更高传动效率的摆线针轮减速机。

关键词：减速机摆线针轮传动摩擦损耗传动效率多目标优化

垄耕模式的无人四驱四转移动作业平台路径跟踪控制

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农业工程学报 2024年第1期40卷 37-47页

作者：王阳朱孝勇徐磊杨天宇江苏大学电气信息工程学院镇江212013

为了提高垄耕模式的无人四驱四转(four-wheel independent driving and four-wheel independent steering,4WID-4WIS)移动作业平台路径跟踪控制精度和稳定性,该研究提出一种基于非线性干扰观测器(nonlinear disturbance observer,NOB)的路径跟踪控制策略。考虑到转弯区域跟踪误差较大,引入原地转向数学模型,设计基于原地转向的航向角PI控制与纯追踪控制的切换控制策略,以实现转弯路径精准跟踪。在此基础上,根据横向偏差和路径弯曲度,设计基于前视距离函数的纯追踪算法及模糊比例补偿器,构建基于NOB的前馈补偿器,以减小上线距离和位置超调。最后对所设计的跟踪控制策略进行仿真和试验验证,结果表明:与传统纯追踪控制相比,所设计的路径跟踪控制策略在3种初始横向偏差下,上线距离、超调、全线平均绝对误差分别减小了32.2%~43.4%、0~42.4%和27.7%~49.5%,且曲线区域平均绝对误差减小33.7%~39.5%;在颠簸硬石板、草地、农田翻耕路况下的稳态区平均绝对误差分别减小了6.25%、33.3%和41.7%。该路径跟踪控制策略有效提高了系统鲁棒性和作业路径跟踪精度,可为垄耕模式的无人四驱四转农业机械导航系统开发提供创新思路和技术参考。

关键词：无人驾驶路径跟踪干扰观测器前馈补偿垄耕种植前视距离

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人工智能促进共同富裕的理论逻辑、现实难题和实现路径

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中州学刊 2024年第7期 47-54页

作者：杨天宇中国人民大学应用经济学院北京100872

发挥人工智能促进共同富裕的正向效应,并避免和化解其负面影响,对于顺利实现共同富裕具有重要意义。从理论逻辑上看,人工智能在多个方面对共同富裕有促进作用,主要包括稳定劳动收入份额、助推低技能劳动力共享经济增长的成果、为低技能... 详细信息

发挥人工智能促进共同富裕的正向效应,并避免和化解其负面影响,对于顺利实现共同富裕具有重要意义。从理论逻辑上看,人工智能在多个方面对共同富裕有促进作用,主要包括稳定劳动收入份额、助推低技能劳动力共享经济增长的成果、为低技能劳动力创造新工作岗位以及对劳动力供给和需求的不对称影响等。但是,这些理论逻辑的落地还存在着缺乏人工智能供给端、需求端和分配端的整体发展规划,人工智能技术提高生产率的作用不明显,高等教育规模和结构不够合理,低技能劳动力缺乏人工智能技术培训渠道,数字基础设施建设存在短板等问题。为此,应该科学制定人工智能发展战略、推动人工智能技术在经济中的应用及扩散推广、建立与人工智能人才需求相匹配的教育培训体系、建立专门针对低技能劳动力的人工智能技术培训体系、提高欠发达地区和农村地区数字基础设施质量,以人工智能促进共同富裕的实现。

关键词：人工智能共同富裕劳动收入份额低技能劳动力发展规划

制度空间与运作要素:民国时期大学教师破格聘任的特点及启示

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江海学刊 2024年第4期 126-138页

作者：王处辉高天宇南开大学社会学院

民国时期大学教师破格聘任制度是指对未达到任职大学教师所需的文凭门槛,但有足够任职能力者如何得到聘任的制度安排。破格聘任对象主要包括大学以下学历者、游学未获学历者、科举秀才者三类。这个时期中央政府教育主管部门及大学所颁... 详细信息

民国时期大学教师破格聘任制度是指对未达到任职大学教师所需的文凭门槛,但有足够任职能力者如何得到聘任的制度安排。破格聘任对象主要包括大学以下学历者、游学未获学历者、科举秀才者三类。这个时期中央政府教育主管部门及大学所颁布的教师资格法规及其对教师聘任权的规定,均为文凭不足者被破格聘任为大学教师留有适量制度空间。在运作层面,新式人才匮乏是破格聘任制度的外在人才市场环境要素,施聘者公心选才与受聘者的学术能力是破格聘任制度良性运作的内在要素,社会关系资本是破格聘任制度运作过程中的中介要素,大学拥有的学术权力及与其适配的行政权力是破格聘任得以实现的制度要素。破格聘任制度为特殊人才提供了向上流动的渠道,避免了选聘制度刚性化可能会将一些特殊人才排斥在外的弊端。民国时期大学教师破格聘任的制度与实践对当今中国高等院校选拔及破格聘任特殊人才具有一定借鉴意义。

关键词：破格聘任制度空间运作要素大学教师民国时期

传统文化的异域转生——中医药典籍在法国的译介研究

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中国翻译 2024年第1期45卷 53-61,191页

作者：王天宇东南大学

法国是欧洲中医教育与研究的中心。其中医典籍翻译历程大致可分为三个阶段:原始资料搜集与典籍片段翻译(17-19世纪)、翻译作为研究的辅助(20世纪初至60年代)、回归传统与典籍(70年代至今)。本文以翻译为切入点,梳理中医药典籍在法国的... 详细信息

法国是欧洲中医教育与研究的中心。其中医典籍翻译历程大致可分为三个阶段:原始资料搜集与典籍片段翻译(17-19世纪)、翻译作为研究的辅助(20世纪初至60年代)、回归传统与典籍(70年代至今)。本文以翻译为切入点,梳理中医药典籍在法国的传播历史,厘清影响译介的主客观因素,以描述其“以应用为导向,研究反推翻译”的发展脉络。由此我们认识到,中医药作为中国传统文化,具有普世意义。对它的研究已不再属于中国学术本身,而应该在更加开阔的学术视野对中医药文化展开研究与探索。

关键词：中医药典籍法国翻译传统文化