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一种风洞中单双目混合的机翼弯扭变形快速测量方法

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仪器仪表学报 2023年第6期44卷 236-243页

作者：龚春园呼煜超梁晋刘家乐祝家浚西安交通大学机械工程学院西安710049 西安交通大学工程国家重点实验室西安710049

风洞中飞机模型因承受高速气流冲击等影响,机翼产生动态弯曲和扭转变形,提出了一种单双目混合的快速测量方法,利用荧光标志点对风洞中机翼的弯曲和扭转变形进行测量。首先,提出工况下机翼弯扭变形的布局和计算方案;然后,根据风洞坐标系... 详细信息

风洞中飞机模型因承受高速气流冲击等影响,机翼产生动态弯曲和扭转变形,提出了一种单双目混合的快速测量方法,利用荧光标志点对风洞中机翼的弯曲和扭转变形进行测量。首先,提出工况下机翼弯扭变形的布局和计算方案;然后,根据风洞坐标系、飞机模型自身坐标系的关系,建立相机坐标系实现相机自标定;最后,根据已知Y轴向约束的机翼点构建单相机三维重建模型,再计算吹风状态下各截面弯曲和扭转量。通过建立一套专用的机翼变形动态测试系统布局方案,以飞机模型初始位姿作为约束,实现模型动态变形的快速检测,得到的扭转角平均误差为0.228°,可有效解决双目相机难以高帧率实时重建的问题,为优化机身设计参数提供数据支撑。

关键词：风洞弯扭变形单双目混合快速测量

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在线测量薄板焊缝区的变形

焊接学报 2016年第8期37卷 1-4页

作者：郭楠梁晋龚春园王晓光西安交通大学机械制造系统工程国家重点试验室西安710049 广东顺德西安交通大学研究院佛山528300

针对薄板在堆焊过程中焊缝区发生较大塑性变形的问题,提出一种基于数字图像弱相关技术的光学非接触在线测量焊接变形的方法,在焊接及冷却过程对焊缝区域全场及关键点的变形状态进行跟踪测量,获取变形规律.对Q235薄板进行钨极惰性气体保... 详细信息

针对薄板在堆焊过程中焊缝区发生较大塑性变形的问题,提出一种基于数字图像弱相关技术的光学非接触在线测量焊接变形的方法,在焊接及冷却过程对焊缝区域全场及关键点的变形状态进行跟踪测量,获取变形规律.对Q235薄板进行钨极惰性气体保护焊(TIG)堆焊试验,结果表明,垂直于薄板方向上的变形量远大于其余两个方向;薄板焊缝区在焊接过程中先呈凸起状,逐渐冷却后呈马鞍状;薄板焊缝关键点及焊缝区的面外变形量随焊接电流的增大而明显增大.此方法对验证薄板焊接变形的数值模拟预测和揭示焊接变形机理等具有重要的指导意义.

关键词：焊缝区数字图像弱相关焊接变形测量

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单弓形小圆孔折流板换热器壳程流体特性

中南大学学报（自然科学版） 2015年第8期46卷 2863-2870页

作者：杨程刘宏昭龚春园李文丽西安理工大学机械与精密仪器工程学院陕西西安710048

基于流体力学基本原理和周期性充分发展模型理论对换热器壳程流体进行分析。提出一种单弓形小圆孔折流板管束支撑结构,即在传统的单弓形折流板上开孔,减小传热死区和换热管束的振动。利用CFD技术对这种单弓形小圆孔折流板换热器壳程流... 详细信息

基于流体力学基本原理和周期性充分发展模型理论对换热器壳程流体进行分析。提出一种单弓形小圆孔折流板管束支撑结构,即在传统的单弓形折流板上开孔,减小传热死区和换热管束的振动。利用CFD技术对这种单弓形小圆孔折流板换热器壳程流体的流动和传热性能进行数值模拟。分析结构和操作参数对单弓形小圆孔折流板换热器综合换热性能的影响,利用多元线性回归推导其壳程压降和对流换热系数的准数关系式。研究结果表明：单弓形小圆孔折流板换热器的壳程压降、对流换热系数和综合换热性能分别为传统单弓形折流板换热器的34.25%-50.86%,73.17%-95.29%和1.4389-2.7822倍。

关键词：周期性换热器数值模拟对流换热系数压降

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一种对薄板焊接全场变形的图像测量方法

中南大学学报（自然科学版） 2017年第11期48卷 2936-2942页

作者：龚春园梁晋温广瑞千勃兴西安交通大学机械工程学院机械制造系统工程国家重点实验室陕西西安710049 广东顺德西安交通大学研究院广东佛山528300

为解决焊接过程中由于高温高亮而使焊件变形难以测量的问题,采用改进的数字图像相关法和双目立体视觉对金属薄板焊接全场变形进行测量。对弱相关图像匹配的解决方法和数字图像相关的算法进行分析,并通过去噪和分段基准保证弱相关图像的... 详细信息

为解决焊接过程中由于高温高亮而使焊件变形难以测量的问题,采用改进的数字图像相关法和双目立体视觉对金属薄板焊接全场变形进行测量。对弱相关图像匹配的解决方法和数字图像相关的算法进行分析,并通过去噪和分段基准保证弱相关图像的正确匹配:首先,使用高斯平滑对原始图像进行去噪处理,消除焊接强光干扰;然后,采用分段建立基准的方法解决了焊点区域因散斑质量下降而出现的难以匹配的问题。对Newton-Raphson算法的二阶梯度矩阵进行简化,提高相关计算的速度。在测量实验中,首先对板料表面进行预处理与散斑制备,然后在氩弧堆焊(TIG)过程中利用高速相机拍摄板料焊接及冷却自由变形的全过程,最后计算所有图像中变形点的位移,获得板料特别是焊缝区的全场变形数据。研究结果表明:将此方法应用于焊接变形测量,能得到整个焊接过程中任意点的变形曲线,并且可在高温焊缝区获得准确的变形趋势。测量结果可用于分析影响焊接变形的因素,进而对焊接变形实施控制,也可用于检验焊接变形数值模拟方法的正确性。

关键词：数字图像相关双目立体视觉薄板焊接全场变形分段基准

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考虑关节摩擦效应的并联机构动力学分析

农业机械学报 2013年第11期44卷 308-315页

作者：王庚祥刘宏昭龚春园原大宁西安理工大学机械与精密仪器工程学院西安710048

分析了一种4-SPS/CU并联机构的运动学,将该机构的关节摩擦力视为非保守力。定量分析关节摩擦力对该机构动力学特性的影响,关键在于求出关节摩擦力对应的正压力。为了简化其动力学模型,将该机构驱动支链作为整体分析使其驱动力和驱动摩... 详细信息

分析了一种4-SPS/CU并联机构的运动学,将该机构的关节摩擦力视为非保守力。定量分析关节摩擦力对该机构动力学特性的影响,关键在于求出关节摩擦力对应的正压力。为了简化其动力学模型,将该机构驱动支链作为整体分析使其驱动力和驱动摩擦力视为内力,首先考虑该机构的恰约束从动关节的摩擦力,再以'库伦+粘性'摩擦模型为基础,利用牛顿-欧拉法分别对该机构的驱动支链、恰约束从动支链与上平台建立了含摩擦的动力学模型。在已知上平台运动轨迹的情况下,通过该动力学方程得到了该机构的关节约束反力/力矩。基于驱动支链正压力与各关节约束反力/力矩之间的关系,导出了该机构的驱动摩擦力模型,并成功地将驱动摩擦力引入到该机构的动力学模型中。为对该动力学模型进行有效的仿真计算,制定了其数值仿真迭代过程。仿真结果说明关节摩擦力的存在对该机构的驱动力产生显著的影响。

关键词：并联机构 “库伦+粘性”摩擦模型动力学牛顿一欧拉法

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高速列车轴承力学性能分析及滚子修形

高速列车轴承力学性能分析及滚子修形

作者：龚春园西安理工大学

学位级别：硕士

双列圆锥滚子轴承广泛应用于高速铁路列车中,轴承的使用寿命和和可靠性对保障铁路运行安全起到了不容忽视的作用。因此,必须对轴承的力学性能特点进行分析,并对滚子的凸度进行设计,来降低滚子的最大接触应力,延长轴承的承载能力及寿命... 详细信息

双列圆锥滚子轴承广泛应用于高速铁路列车中,轴承的使用寿命和和可靠性对保障铁路运行安全起到了不容忽视的作用。因此,必须对轴承的力学性能特点进行分析,并对滚子的凸度进行设计,来降低滚子的最大接触应力,延长轴承的承载能力及寿命。本文围绕高速列车双列圆锥滚子轴承进行了研究,主要工作有:分析了国内外铁路列车轴承的发展状况,轴承理论的研究现状,根据滚子和滚道的载荷位移关系,建立了双列圆锥滚子轴承的载荷分布的理论模型,得出不同的载荷、滚子·数目和游隙对轴承载荷分布的影响。以Hertz接触理论为基础,利用有限长接触理论建立滚子和滚道的数学模型,采用切片法对轴承滚子在常见的修形方式下的凸度和接触应力进行了计算。通过比较修形滚子的接触应力分布得出轴承滚子的最佳修形方式和凸度量。修形滚子削弱了因边缘效应而引起的应力集中现象,能延长高速列车轴承的使用寿命。对滚子相对于滚道的歪斜状况进行了研究,建立了歪斜状况下滚子与滚道的接触模型,利用该模型对滚子的凸度进行了重新设计,用来消除滚子产生歪斜而引起的二次应力集中。结果表明,考虑滚子歪斜而重新进行凸度设计可以降低滚子的最大接触应力,延长轴承的使用寿命。。

关键词：高速列车轴承力学性能滚子修形凸度歪斜状况

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基于数字图像相关的旋转叶片全场测量

中南大学学报（自然科学版） 2020年第7期51卷 1757-1766页

作者：叶美图梁晋千勃兴宗玉龙龚春园西安交通大学机械工程学院机械制造系统工程国家重点实验室陕西西安710049

为了解决使用相关算法难以匹配变形前后叶片大角度旋转的问题,基于数字图像相关,提出一种稳定的用于旋转叶片全场变形的测量方法。首先,针对图像序列中参考图像与变形图像的相关匹配,使用SURF算法得到被测表面旋转前后的特征点对。然后... 详细信息

为了解决使用相关算法难以匹配变形前后叶片大角度旋转的问题,基于数字图像相关,提出一种稳定的用于旋转叶片全场变形的测量方法。首先,针对图像序列中参考图像与变形图像的相关匹配,使用SURF算法得到被测表面旋转前后的特征点对。然后,利用特征点对将变形图像反向旋转变换后得到校正图像。接着,对校正图像和参考图像使用数字图像相关进行匹配。最后,将匹配得到的校正图像上的目标节点再进行正向旋转变换,即可得到原变形图像上的对应节点坐标。对旋转匹配策略进行数值模拟验证,并对高速旋转下的换气扇叶片位移场和应变场进行测量。研究结果表明:所提旋转匹配策略的校正精度为±0.0075像素,结合数字图像相关法能够进行旋转运动的位移和应变的全场、精确测量。

关键词：数字图像相关旋转叶片 SURF算法反向旋转全场测量

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投影仪全参数平面线性估计的高精度标定方法

西安交通大学学报 2016年第11期50卷 36-42页

作者：龚春园梁晋温广瑞牌文延李磊刚西安交通大学机械制造系统工程国家重点实验室西安710049 广东顺德西安交通大学研究院广东佛山528300

针对投影仪光路结构复杂、主点偏差大导致高精度标定难以实现的问题,提出一种全参数平面线性估计的方法,为投影仪标定过程提供精确的主点偏差初值,实现了投影仪的全参数高精度标定。首先将投影仪作为虚拟相机,利用多频相移原理得到投影... 详细信息

针对投影仪光路结构复杂、主点偏差大导致高精度标定难以实现的问题,提出一种全参数平面线性估计的方法,为投影仪标定过程提供精确的主点偏差初值,实现了投影仪的全参数高精度标定。首先将投影仪作为虚拟相机,利用多频相移原理得到投影仪和标定板的坐标对应关系,然后采用两步法对非线性方程进行求解计算,通过引入向量参数的方法实现非线性方程的线性化,再利用仿射变换关系选取最优点集,得到稳定的直接参数预估算法,最后利用一种全局捆绑调整算法实现投影仪的高精度标定。采用此方法对投影仪单相机系统完成标定之后,测量了标准球以验证精度,实验表明投影仪单相机系统的平均重投影误差为0.04像素,测得标准球直径平均偏差小于0.1mm,球心距偏差小于0.05mm。结果证明,所提出的投影仪标定方法计算模型简单、稳定性高并具有较高的精度,适用于主点偏差较大和投影仪焦距未知的情况。

关键词：结构光测量投影仪标定平面模型全参数

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筒形件焊接三维全场变形测量

中南大学学报（自然科学版） 2017年第10期48卷 2607-2614页

作者：冯超梁晋牌文延龚春园王晓光西安交通大学机械工程学院机械制造系统工程国家重点实验室陕西西安710049 广东西安交通大学研究院广东佛山528300

针对传统测量方式难以实现焊接条件下筒形件全场变形测量的问题,提出一种筒形件焊接三维全场静态变形测量方法。首先,通过引入编码点坐标配准方法,实现不同变形状态下相同变形点的坐标统一;其次,提出一种基于深度搜索的相同变形点匹配算... 详细信息

针对传统测量方式难以实现焊接条件下筒形件全场变形测量的问题,提出一种筒形件焊接三维全场静态变形测量方法。首先,通过引入编码点坐标配准方法,实现不同变形状态下相同变形点的坐标统一;其次,提出一种基于深度搜索的相同变形点匹配算法,实现焊缝区弱变形点的成功匹配;最后,根据以上关键技术并借助VS2010开发环境,研制出三维全场静态变形测量系统。为验证该变形测量方法的可行性,设计并实施筒形件熔化极惰性气体保护电弧焊(MIG)和激光焊焊接实验,并采用标定十字架进行精度验证实验。研究结果表明:该方法测得的变形测量精度为0.020 mm/1 m,能够实现筒形件焊接三维全场静态变形测量,具有非接触、高精度和显示直观等优点,可为结构件焊接三维全场静态变形提供一种有效的测量方法。

关键词：筒形件焊接变形三维测量坐标配准深度搜索