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基于PBD和FEM耦合的软组织切割仿真研究

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基于PBD和FEM耦合的软组织切割仿真研究

作者：盛维成南昌大学

学位级别：硕士

虚拟现实技术作为20世纪出现的一项新兴的技术,其独特的使用方式给用户带来全新的视觉和感觉体验,并且随着计算机技术的高速发展,虚拟现实技术现如今已广泛地应用到工业、医疗、娱乐、教育、生活等领域。虚拟手术作为虚拟现实技术在医... 详细信息

虚拟现实技术作为20世纪出现的一项新兴的技术,其独特的使用方式给用户带来全新的视觉和感觉体验,并且随着计算机技术的高速发展,虚拟现实技术现如今已广泛地应用到工业、医疗、娱乐、教育、生活等领域。虚拟手术作为虚拟现实技术在医疗领域的重要分支之一,承担了医生术前培训、术中辅助、术后总结等重大职责。在虚拟手术系统的众多模块中,形变和切割模拟仿真一直是虚拟手术领域的重点研究内容。为了增强使用者的沉浸式体验感,如何提升形变和切割仿真的逼真性与实时性是当前研究的热点问题。本文也是从逼真性与实时性两方面出发,围绕软组织的形变建模方法与切割两项关键技术展开研究,主要研究内容如下:首先,针对由面网格构建的表面模型内部没有任何几何信息所造成内部空洞导致模拟效果不真实,以及由体网格构建的体模型由于在内部产生顶点过多导致计算量大的问题,本文建立了一个精细表面网格和粗糙内部体网格混合的网格模型。该模型通过精细的表面网格呈现出更多的模型信息,表现出良好的逼真性,同时粗糙的体网格能够减少体模型在内部产生顶点的数量,提高了仿真的计算效率。其次,为上文的混合网格模型建立软组织形变模型。常用的位置动力学(PBD)构建的软组织形变模型虽然计算效率高,但是逼真性较差,而基于有限元法(FEM)构建的软组织形变模型仿真精度高,但是计算效率低。针对这种问题,本文提出了一种基于PBD和FEM混合的软组织形变模型,并使用该方法为精细表面网格和粗糙内部体网格混合的网格模型建立软组织形变模型。具体方法是在精细的表面网格上实现PBD方法,粗糙的内部网格上实现FEM方法,通过连接点驱动这两种网格的共同形变。为了进一步提高形变的逼真效果,本文将非线性超弹性模型Mooney-Rivlin引入到该软组织形变模型中,用于模拟软组织的生物力学特征。通过这种方式构建的软组织形变模型能够充分发挥PBD计算效率高以及FEM模拟精度高的优势。实验结果表明,通过引入Mooney-Rivlin模型能够提高形变的仿真精度,并且在形变计算过程中具有较高的计算效率。最后,针对现有的网格切割方法存在切割过程中难以维持原有的拓扑关系,以及产生子单元多的问题,本文提出了一种适用于精细表面网格和粗糙内部网格混合的网格模型的切割方法,该方法对面网格和体网格分别进行切割。首先对于面网格的切割,通过解除表面网格顶点之间的约束,避免了维护表面网格之间复杂的拓扑关系。其次对于体网格的切割,本文在最少单元法的基础上进行改进,实验结果表明,通过对体网格的切割类型进行简化,不仅减少了新四面体的生成数量,而且保证了网格的质量。

关键词：虚拟手术软组织形变切割仿真混合模型

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多目标细胞算法在船舶电力网络恢复中的应用

舰船科学技术 2017年第3X期39卷 73-75页

作者：李智勇盛维涛四川工程职业技术学院电气信息工程系四川德阳618000

近年来,随着船舶自动化、电气化程度日益增强,对船舶电力网络的可靠性提出了新的挑战。船舶电力网络恢复是解决船舶电力故障的重要途径之一,当故障发生时,利用转换开关,最大程度恢复主要负载的电力供应。本文研究船舶电力网络及故障提取... 详细信息

近年来,随着船舶自动化、电气化程度日益增强,对船舶电力网络的可靠性提出了新的挑战。船舶电力网络恢复是解决船舶电力故障的重要途径之一,当故障发生时,利用转换开关,最大程度恢复主要负载的电力供应。本文研究船舶电力网络及故障提取,建立网络恢复数学模型,利用多目标细胞算法提高网络恢复的效率。

关键词：船舶电力网络网络恢复细胞算法

希尔伯特变换在舰船电能质量检测系统中的优化研究

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舰船科学技术 2017年第4X期39卷 157-159页

作者：李智勇盛维涛四川工程职业技术学院电气信息工程系四川德阳618000

船舶工业向着自动化、工业化发展,大量的用电设备装载于船舶上,用电侧的设备对船舶供电系统和供电质量提出了新的要求。为了提高船舶供电系统的性能和供电质量,舰船电能质量检测系统必不可少。本文利用非稳态信号处理方式-希尔伯特变换... 详细信息

船舶工业向着自动化、工业化发展,大量的用电设备装载于船舶上,用电侧的设备对船舶供电系统和供电质量提出了新的要求。为了提高船舶供电系统的性能和供电质量,舰船电能质量检测系统必不可少。本文利用非稳态信号处理方式-希尔伯特变换,对舰船暂态电能的质量进行检测,并系统分析暂态电能的5种扰动形式及解决方法。

关键词：自动化希尔伯特变换暂态电能质量检测

支链GDGTs与黄土古温度重建:机遇与挑战

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第四纪研究 2024年

作者：卢红选王欢业刘旭盛维娟刘卫国中国科学院地球环境研究所黄土与第四纪地质国家重点实验室西安地球环境创新研究院

目前对全球古温度的理解主要基于海洋记录,由于缺乏可靠的陆地古温度指标,对陆地温度变化的认识较为有限,这限制了对全球变暖背景下,陆地温度变化规律和机制的深入理解。支链甘油二烷基甘油四醚类化合物(brGDGTs)是某些细菌微生物细胞... 详细信息

目前对全球古温度的理解主要基于海洋记录,由于缺乏可靠的陆地古温度指标,对陆地温度变化的认识较为有限,这限制了对全球变暖背景下,陆地温度变化规律和机制的深入理解。支链甘油二烷基甘油四醚类化合物(brGDGTs)是某些细菌微生物细胞脂膜中的四醚化合物,近20年来已成为广泛关注的陆地古温度计。该温度计一经推出,便在黄土古温度,特别是长时间尺度的古温度重建中发挥了重要作用。本研究首先回顾了brGDGTs温度计的发展历史,总结了近年来该温度计在细菌培养实验、现代过程调研、仪器分析方法、数据处理技术等方面的创新和进展。然后介绍了支链GDGTs在黄土古土壤剖面中不同时间尺度的古温度重建研究进展。黄土高原brGDGTs记录的陆地温度呈现明显的冰期-间冰期波动特征,表明太阳辐射和全球冰量对陆地温度变化重要的驱动作用;但与海洋温度相比,冰盛期-冰消期时段增温超前于海洋记录,推测陆地下垫面(植被、土壤湿度等)动态演化可能会对陆地温度变化起着重要的调控作用。最后多角度分析了brGDGTs陆地古温度重建面临的机遇和挑战。作为稀缺的陆地古温度计,brGDGTs为认识陆地温度变化规律和机制提供了难得的工具,但其确切生物来源、形成机制尚不明确。另外,全球黄土brGDGTs温度在变化趋势、周期和幅度上存在较大差异,且造成这种差异的原因还不清楚。为了应对这些挑战,应继续加强brGDGTs温度计的基础理论研究,明确其来源和形成机制,优化分析方法和校正模型。同时,结合现代观测和模拟研究,探究不同时间尺度下陆地下垫面(植被、土壤湿度等)与温度变化之间的反馈机制,进一步丰富我们对全球温度变化规律和机制的认识。

关键词： brGDGTs 古温度黄土气候指标

新型城镇化建设对城市碳平衡的政策效应与机制研究

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城市问题 2024年第1期 16-26页

作者：韩沅刚李振涛油建盛董会忠吉林大学东北亚研究院内蒙古大学经济管理学院上海财经大学财经研究所山东理工大学管理学院

识别新型城镇化建设的碳减排与碳增汇双重效应,对贯彻新发展理念、助力碳中和目标的实现具有重要的理论与实践意义。选取2007—2020年中国277个城市面板数据为样本,从区域碳排放与植被碳汇的角度构造城市碳平衡指数,并借助多期DID模型... 详细信息

识别新型城镇化建设的碳减排与碳增汇双重效应,对贯彻新发展理念、助力碳中和目标的实现具有重要的理论与实践意义。选取2007—2020年中国277个城市面板数据为样本,从区域碳排放与植被碳汇的角度构造城市碳平衡指数,并借助多期DID模型实证考察新型城镇化政策对城市碳平衡的影响及其潜在机制。研究结果显示:新型城镇化政策与碳平衡之间存在显著的正相关关系,研究结果通过一系列稳健性检验。机制检验表明,新型城镇化政策通过减碳效应、节能效应、止损效应和增汇效应四条路径促进了城市碳平衡。异质性结果表明,在资源禀赋、行政等级、地理位置等因素影响下,新型城镇化政策对城市碳平衡的影响存在差异。

关键词：碳中和碳平衡新型城镇化政策多期DID

基于自适应神经网络模糊推理系统的心电信号检测

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重庆师范大学学报（自然科学版） 2015年第6期32卷 140-144页

作者：盛维涛张文君袁宇鹏苏航四川工程职业技术学院四川德阳618000 重庆大学自动化学院重庆400044

心电信号是心血管疾病的重要诊断依据,探索新方法来处理心电信号对于医学诊疗具有重要的理论意义与实用价值。阐述了一种包含输入节点层、规则节点层、平均节点层、结论节点层和输出节点层的五层结构网络的自适应神经网络模糊推理系统(A... 详细信息

心电信号是心血管疾病的重要诊断依据,探索新方法来处理心电信号对于医学诊疗具有重要的理论意义与实用价值。阐述了一种包含输入节点层、规则节点层、平均节点层、结论节点层和输出节点层的五层结构网络的自适应神经网络模糊推理系统(Adaptive neuro-fuzzy inference system,ANFIS),并提出了基于Sugeno模糊理论、最小二乘法和梯度下降法的混合自适应学习算法来训练ANFIS中的神经网络的参数,来提高ANFIS系统的收敛性能。为验证ANFIS系统在心电信号检测中的有效性,通过原始心电信号的实测数据中的第一路腹壁混合信号(CECG)和最后一路母体心电信号(MECG)进行了ANFIS的网络训练,基于训练结果对于腹壁混合信号进行了实验预测分析,实验结果表明自适应神经网络模糊推理系统在心电信号的分析与预测中十分有效。

关键词：自适应神经网络模糊推理系统心电信号 Sugeno模糊理论最小二乘法梯度下降法

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矮塔斜拉桥拉索设计及施工关键技术研究

广东建材 2024年第2期40卷 124-127页

作者：盛维礼中铁十二局集团第一工程有限公司

斜拉索是斜拉桥的重要组成部分和重点关注对象,其设计及施工质量关系到桥梁后期服役的安全及寿命。以安徽淮-宿-蚌城际铁路淮河特大桥(124+248+124)m矮塔斜拉桥为工程背景,相继阐述了斜拉索的构造、HDPE管焊接及安装、单根拉索安装及张... 详细信息

斜拉索是斜拉桥的重要组成部分和重点关注对象,其设计及施工质量关系到桥梁后期服役的安全及寿命。以安徽淮-宿-蚌城际铁路淮河特大桥(124+248+124)m矮塔斜拉桥为工程背景,相继阐述了斜拉索的构造、HDPE管焊接及安装、单根拉索安装及张拉、索力调整和斜拉索防护等内容,并对斜拉索设计和施工过程中的关键技术进行了探讨与分析,可为类似工况斜拉桥的设计和施工提供借鉴和参考。

关键词：斜拉桥拉索设计单根张拉关键技术

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可变远距离荧光激光雷达系统的设计

激光杂志 2024年第7期45卷 58-62页

作者：张雪盛牟涛涛陈少华郭世民北京信息科技大学仪器科学与光电工程学院北京100192

为了实现对农作物生长状况的监测,结合荧光激光雷达技术的发展趋势,采用了激光诱导荧光技术,搭建了一套适用于农作物监测的荧光激光雷达系统。此系统为了提高系统稳定性及简化系统结构,将激光发射系统与接收光学系统合二为一,通过调节... 详细信息

为了实现对农作物生长状况的监测,结合荧光激光雷达技术的发展趋势,采用了激光诱导荧光技术,搭建了一套适用于农作物监测的荧光激光雷达系统。此系统为了提高系统稳定性及简化系统结构,将激光发射系统与接收光学系统合二为一,通过调节负透镜到卡塞格林系统的位置,可对远距离物体进行激光发射及信号接收。同时为了提高系统稳定性,提出了一种激光雷达系统同轴的校正方法和装置,通过在接收光学系统中加入与视场匹配的二维可调光阑,实现在距离变化场景下的焦距调节难题,增强接收目标信号的探测能力。本研究对荧光激光雷达系统的整体进行搭建并进行同轴性装调,并对叶片的荧光光谱进行测量验证,分别在80 m,100 m,150 m处检测到了叶片主要的荧光特征峰。实验证明,通过同轴性装调之后,获取的荧光信号质量好,系统稳定,在农作物距离变化之后,通过调节系统可直接实现不同距离样品高信噪比荧光测量,为荧光激光雷达系统在农业作物检测方面提供理论和技术支持。

关键词：激光雷达变焦系统激光诱导荧光同轴装调

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基于热电效应与相变耦合的锂离子电池热管理数值研究

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化学工程 2024年第4期52卷 23-27页

作者：陈凯盛周涛涛吴志根陆威上海理工大学能源与动力工程学院上海200093 同济大学环境与工程学院上海200092

温度对锂离子电池工作性能影响巨大,需要增设热管理系统对电池在高温工况下散热。文中建立了一种基于热电效应和相变材料耦合的电池热管理系统,采用半导体制冷片冷端直接为电池制冷,热端采用相变材料散热。为进一步强化系统散热性能,通... 详细信息

温度对锂离子电池工作性能影响巨大,需要增设热管理系统对电池在高温工况下散热。文中建立了一种基于热电效应和相变材料耦合的电池热管理系统,采用半导体制冷片冷端直接为电池制冷,热端采用相变材料散热。为进一步强化系统散热性能,通过数值模拟的方法探究半导体制冷片及相变材料对电池散热的影响。结果表明:半导体制冷片在高工作电流下,其制冷效果突出,但存在电池内部温差过大、相变材料短时间失效等问题难以在电池放电全程维持其合适工作温度,可应用于紧急情况下为电池迅速散热。当制冷片在低工作电流下工作时,制冷片输入工作电流为0.4—0.6 A,相比电池无热管理系统下的平均温度,电池最高平均温度降低约45℃,电池在放电全程散热效果显著,且电池内部最大温差小于5℃,均匀性良好。相变材料的熔点及潜热值大小对热管理系统散热性能也起到了重要作用。

关键词：热电效应锂离子电池热管理相变材料数值分析