基于刀刃扫掠点点云方式,提出一种超精密加工三维表面形貌模型．通过对加工部分刀刃在加工过程中的运动学描述,将三维表面形貌用离散点云数据表达．根据加工曲面信息和采样点数目对仿真区域进行划分并建立随动包容盒,对包容盒内数据进行数值分析和空间变换计算以获得工件三维表面形貌．算法仿真与表面轮廓仪测量结果表明:该仿真算法能够表征超精密铣削加工下工件表面双向残留高度特征,并体现出刀具切入相位角对表面形貌的影响,为三维表面形貌超精密加工提供了一种新的思路.

分析了减振器生热机理以及热量传递途径,在此基础上利用能量守恒定律以及热力学第一定律建立减振器热力学模型,通过求解模型获得减振器在工作过程中温度随时间的变化情况．将仿真结果与试验结果进行比较,分析误差产生的原因，结果表明减振器在工作过程中温度的变化主要是由于减振器不同腔室内油液与减振器筒之间的热量交换以及减振器外筒与周围空气之间的热量交换引起的.

为了揭示复杂泵体水力的不稳定性,以减压塔底泵为例,利用计算流体动力学(CFD)对泵内部非定常流场进行数值模拟计算．根据得到的蜗壳内压力脉动情况,对其时域和频域进行分析．结果表明:各工况下压力脉动频率均以叶片通过频率为主,且次级蜗壳内的压力脉动比首级要明显;蜗壳内压力脉动最大值出现在隔舌附近,且沿蜗壳流道螺旋线方向压力脉动幅值依次减小;设计工况下蜗壳内压力脉动强度小于非设计工况下的,次级蜗壳隔舌处小流量工况下压力脉动幅值约为设计流量时的2.63倍．

将常用于水翼、螺旋桨等的空化模型应用于离心泵空化流数值计算,以比转速为94的离心泵为研究对象,在不同流量系数下,分别进行了空化性能的数值计算和试验研究.比较了计算和试验得到的空化性能曲线,发现各流量系数下模拟均能捕捉到较低空化数时扬程系数的下降,而且与试验结果较为一致.此外,还对设计工况下叶轮流道空泡和总压系数分布规律以及叶片压力系数分布规律进行了分析.对数值预测结果的分析表明:使用Kunz空化模型进行离心泵空化流数值计算能够较为真实地反映离心泵的空化性能.

为了研究不同热边界条件对熔积直接成形金属零件翘曲变形的影响,运用有限元法建立了三维模型,通过变换冷却和加热条件来分析直壁件熔积成形过程在不同热边界条件成形过程中温度、应力变化和最终翘曲变形．模拟结果表明:熔积过程中运用随焊冷却技术,能使熔积层温度迅速降到接近环境温度，并在随后的时间内保持很低的温度梯度,从而减小了冷却阶段的应力水平,使得翘曲变形量降低;而熔积成形前对基板预热处理会增加热积累和温度梯度,导致残余应力及翘曲变形量的增加.

为了简单有效地控制高强度钢的回弹,研究了校正力对板料弯曲回弹的影响.根据校正弯曲受力特点,在考虑了应力应变分布、受力边界条件、刚塑性材料模型和梅西屈服准则的基础上,建立了校正弯曲下的回弹预测模型,确立了校正力和回弹之间的对应关系.进一步采用自制的1 t伺服压力机进行了试验,结果表明:增大校正力能有效降低回弹,回弹预测值和试验值一致,校正弯曲回弹预测模型能够提供较为真实的近似解;合理设置校正力可以有效控制和稳定回弹,为高强钢的回弹控制提供了简单有效的措施;回弹预测模型建立了校正弯曲力和回弹之间的定量关系,为模具及工艺参数的设置提供了可靠的依据.

研究了水灰比分别为0.3,0.4和0.5的硅酸盐水泥浆体在3 d龄期内的化学收缩与电阻率的变化规律,并根据非蒸发水含量计算了水泥的水化度,讨论了化学收缩与水化度之间的关系以及电阻率与水化度之间的关系．化学收缩采用ASTM C1608—07规定的膨胀测定法进行测试,电阻率采用无接触电阻率法进行测试．结果表明:水泥浆体的化学收缩与水泥的水化度之间具有较好的线性关系;对于不同水灰比的水泥浆体,当龄期在12 h以上时,化学收缩与电阻率之间存在较好的线性关系,可以根据电阻率计算水泥的水化度和化学收缩．

为建立钢管混凝土膨胀性能设计目标,应用热弹性力学理论,推导得到了轴对称变温作用下钢管混凝土平面应变问题解析解,并进行了有限元分析;计算得到了钢管混凝土界面脱空间隙理论值、钢管膨胀混凝土的限制膨胀率与自由膨胀率的完全数学关系以及钢管混凝土自应力与自由膨胀率的理论关系;提出并推导得到了钢管混凝土自由膨胀率“可行域”．结果表明:理论解析解与有限元分析结果基本一致,验证了解析解的正确性.

针对子空间匹配追踪计算复杂的缺点,提出一种改进的子空间匹配追踪(MSMP)方法．采用线调频小波函数作为匹配原子,选用微分进化算法(DEA)实现改进的子空间匹配追踪方法．利用29 kHzt(0,1)导波对含缺陷的铝管进行检测实验,采用MSMP对检测信号进行匹配分解与重构．将匹配结果与基于微分进化算法的匹配追踪(MP)及基于t算子的进化规划算法(tEP)的正交匹配追踪(OMP)所得结果进行比较,并比较了基于DEA的MSMP和MP,基于tEP的OMP匹配所得参数．结果发现:重构所得信号质量明显提高,基于DEA的MSMP和MP方法匹配所得参数均能比较准确地反映缺陷位置以及激励信号的中心频率,基于DEA的MSMP匹配所得的参数更加准确且耗时更短,改进的方法可有效识别管道导波无损检测信号并定位缺陷.

基于随机理论,采用半解析半数值方法,以单双层圆柱壳模型为例,计算了湍流激励下单双层圆柱壳的输入功率谱密度和振动速度功率谱密度,对比分析了单双层圆柱壳的振动特性．结果表明:随着航速增高,湍流脉动压力激起壳体表面振动速度的自功率谱密度幅值变大,趋势基本相同;同一航速下,湍流脉动压力作为面分布力作用在壳体外表面上,由于双壳体的外壳较薄,因此双壳体振动速度响应大于单壳体的.

采用计算流体动力学(CFD)方法模拟了某典型喷水推进器和螺旋桨周围流场,得到流场随进速比的变化规律．借助于机翼理论,从叶元体受力角度分析了进速比对喷水推进器和螺旋桨负荷的影响．结果表明:从设计进速比到零进速比,喷水推进器叶片来流攻角变化不大,同一半径处攻角增大不到2°,力矩系数增幅仅在5％以内;而螺旋桨同一半径处的攻角可增加10°以上,零进速比时的力矩系数是设计进速比时的2.16倍,这说明即使在低进速比条件下,驱动喷水推进器的主机也不易超负荷,而驱动螺旋桨的主机则恰好相反．

为了研究大型水面船舶船-桨-舵干扰作用,探讨舵的布置设计原则,以某大型四桨两舵水面船舶为研究对象,采用雷诺平均纳维斯托克斯(RANS)方法,基于滑移网格模型,建立了不考虑自由液面效应的船-桨-舵整体数值模拟计算模型,重点研究了舵的位置变化对螺旋桨水动力性能的影响．数值计算结果表明：对于四桨外旋船舶，外前桨的水动力性能对舵的横向和纵向位置移动不是很敏感，而内后桨则比较敏感；在一定范围内，内后桨的推力系数和扭矩系数随舵与船体中纵剖面的横向距离和纵向距离增大而减小.

基于面元法,分别用将桨和导管当作一个整体考虑的直接计算方法、基于诱导速度的迭代计算方法与基于诱导速度势的迭代计算方法预报了导管螺旋桨的定常水动力性能．计算结果表明:采用这3种方法预报导管螺旋桨的定常性能具有相似的精度,但直接求解方法可以节省大量的计算时间;直接求解和速度势迭代计算的导管表面压力分布、桨叶表面环量和压力分布基本一致,但是与诱导速度计算的结果有一定的差异．对这3种方法计算结果的差异性分析表明:计算导管桨水动力性能时,直接求解方法和基于诱导速度势迭代方法更可靠．

针对某型三体船,采用谱分析方法进行全船疲劳强度分析,确定了疲劳问题严重的连接桥结构部位,设计了实板厚疲劳试验模型．通过疲劳试验获得了典型载荷工况下的疲劳寿命值,分别采用最小二乘法和定斜率极大似然法拟合应力范围循环次数(S-N)曲线．在此基础上对船体典型节点部位进行疲劳强度评估,对已有校核结果进行修正．结果表明:对三体船连接桥部位进行疲劳强度评估时,采用定斜率极大似然法获得的S-N曲线较为合适．

研究了非概率不确定性量和模糊变量共存时的结构可靠性问题．以结构极限状态函数和模糊变量隶属函数为条件,基于可能性理论导出了结构的模糊失效域和模糊安全域及其隶属函数,将原混合可靠性问题转化为模糊失效准则下的非概率可靠性问题;在结构非概率可靠性模型的基础上,建立了模糊失效准则下的结构非概率可靠性指标;提出了一般性的非概率不确定性量和模糊变量共存时的结构可靠性分析方法,该方法能同时考虑非概率不确定性波动和模糊变量的可能性分布,更合理地评价结构可靠性．

针对现有的距离度量方法度量准确度低且计算效率低的问题,提出了基于形态拟合的距离度量算法．该算法使用滑动聚集平均近似方法对序列进行分段降维处理,计算降维后的分段序列的动态弯曲路径,并计算处于动态弯曲路径上的分段序列之间的欧式距离,以所有分段序列的欧式距离的累积值作为最终的距离计算结果．实验表明基于形态拟合的距离度量算法具有度量准确度高且计算效率高的优点．

针对基于路径的半结构化数据结构相似度度量方法不能很好地处理路径部分相似以及忽略了元素之间兄弟关系的问题,提出一种基于频繁关联标签序列的结构相似度度量方法,该方法将半结构化数据的结构信息视为标签序列的集合,采用数据挖掘技术中频繁模式和关联项集的概念及算法,从半结构化数据中挖掘频繁关联标签序列并以此作为特征计算其结构相似度.实验结果证明：提出的基于频繁关联标签序列的半结构化数据结构相似度度量方法可以解决基于路径方法的不足,计算的结构相似度更准确、更合理.

通过分析基于PC机的数控系统及嵌入式数控系统架构存在的局限性,结合开放式数控系统的功能需求,设计了一个具有工业以太网功能的模块化嵌入式可重构计算机数控(CNC)系统．该系统改进了传统的基于ARM+DSP+FPGA的嵌入式系统设计架构,并扩展了工业以太网功能模块．在此基础上构建了系统硬件平台,给出了系统硬件构成及系统软件实现．该系统中央数字控制单元不再是一个通用的单CPU系统,而是一个嵌入式多CPU系统,不但运算能力强、结构灵活、成本低廉,而且具有通用性强、可组合、易扩展、可伸缩和开放性等特点.

针对存在采样时延的多智能体系统的采样控制问题,提出了一类基于领导跟随模型的有界一致性跟踪协议．运用时延分解技术、增广矩阵方法和频域分析方法,得到了确保系统实现有界一致性跟踪的充要条件,系统的收敛性由网络拓扑结构、采样周期及采样时延等因素决定．通过数字仿真,进一步验证了所提出协议的有效性．

提出了一种基于流形分析与近邻传播(AP)算法的径向基函数(RBF)神经网络分类算法.通过流形分析算法对数据集进行初步处理,然后通过指数函数调整相似度矩阵,再重新进行AP聚类,在此基础上构造RBF神经网络分类器,通过拟合正确率来判断算法是否收敛,并对分类结果运用FMI指标进行评价.实验结果表明:改进算法中RBF网络隐节点数普遍得到增加,使得RBF神经网络拟合精度得以提高;从分类结果可以看出该算法对训练数据集都获得了很好的拟合正确率,对测试数据集也获得了较高的测试正确率.

设计了一种可实现翻滚的四足机器人,不仅可以采用步行方式通过崎岖地形，而且可以自主变形成为滚动体,从而采用翻滚模式通过平坦地形．机器人四肢由弓形杆件组成,机体采用球冠外形,根据旋转对称原则设计肢体的几何参数和质心分布．由站立模式向翻滚模式变形过程中,将机器人简化为平面连杆机构,建立了变形过程中机器人质心运动学模型．提出势能变化最小的变形策略,采用惩罚函数法,优化变形终止时刻机器人的位形．针对变形运动学方程的非线性特性,采用最小二乘法进行关节轨迹规划.结果表明机器人质心运动轨迹满足变形策略.

针对传统的空间机器人遥操作控制方法受时延影响严重的问题,基于最新研制的4自由度空间机器人,提出一种基于多目相机的自主复合控制策略．该策略包含了眼在手和眼到手2种相机配置结构,每个相机均具有独立的位姿计算能力,前者保证了伺服控制的精度以及操作的灵活性,后者能够在观察到全局视景的情况下做出伺服控制．为满足机器人视觉实时控制的需求,对视觉处理算法进行了特别考虑．首先,设计了基于多边形形状拟合的特征识别方法,提出曲线矢量数据贪婪算法来处理图像遍历拟合过程中计算密集的问题;其次,结合特征识别结果和模型目标的空间信息,提出基于弱透视模型的单目位姿估算及优化算法;最后,依据所提策略在实验室环境中完成了自主导航及捕获任务,验证了在较低层次进行这种复合控制的可行性和有效性.

针对如何可靠地产生小振幅混沌这一难题,提出了一种机械式混沌同步的新方法．在理论建模的基础上,进行了动力学特性分析,得到了系统的分岔图,观察到了在不同参数下的响应．当参数处于一定范围时,系统会出现混沌行为,特别是支点的位置发生改变时,将诱导子系统产生小幅值混沌振动．结果表明:该同步方法简单易行,可靠且无时延；当杠杆与2个子系统连接处改用弹簧而不是刚性杆时,系统的动力学行为会更加复杂．

为解决无线Ad Hoc网络中拥塞主要由节点在MAC(媒体访问控制)层竞争无线信道而引起的问题,提出了一种基于无线环境监测的拥塞控制(EACC)算法.该算法通过监测IEEE 802.11的二进制指数退避过程判断MAC层拥塞状态,节点据此自适应调整数据分组的丢弃概率,通过丢包达到缓解拥塞的目的.利用IEEE 802.11 DCF的信道接入机制,推导出MAC拥塞信息和吞吐量的关系方程,证明了该拥塞信息的正确性.仿真结果表明:EACC算法能够准确测量节点的拥塞程度,显著提高网络的吞吐量,从而有效地缓解网络拥塞.

为了实现一定比例错误测量下的目标跟踪,构造了节点与目标的简化模型;在粒子滤波基础上,采用贝叶斯估计获得先验概率;利用前一时刻的位置、速度估计和估计因子,得到每一个在探测范围内的节点到目标的最远和最近距离;再结合节点本身的测量值计算每一粒子相应的权值,然后加权得到范围内节点测量值的可靠性集合,从该集合中选择可靠的测量值作为跟踪估计依据．根据不同的权值计算方法,分为节点关联选择策略和二进制节点选择策略．仿真结果表明:在目标运动速度<3 m／s和错误测量概率>0.1的情况下,采用节点关联选择策略的RBMCDA算法的跟踪精度优于单纯选择3个较大RSSI值的RBMCDA算法至少1倍．

针对限幅正交频分复用(OFDM)系统中非线性失真导致信道估计性能瓶颈的问题,提出一种利用时间相关性的迭代信道估计算法.获取信道响应时,该算法综合运用了导频信息和历史信道信息,首先对硬判决后的OFDM符号进行限幅滤波,然后估计导频及数据子载波的非线性失真,最后进行信道再估计及符号再判决.理论分析及仿真结果表明:算法提高了信道估计和符号检测的准确度,而且算法只需1次再估计即可达到传统算法的均方误差理论极限,误码率性能提升了0.8 dB.

针对复杂背景下液体中弱小目标的检测,提出了一种基于改进背景预测和双层流水线的算法．该算法首先对单帧图像进行背景预测处理,并初始化双层流水线管道;然后对第1层流水线管道中的图像进行交叉差分并二值化,将差分后二值化的图像传送到第二层流水线管道的顶部,更新第2层流水线管道;最后采用逻辑与运算和形态学开运算去除噪声,获得真正的目标,而且应用该算法对弱小目标序列图像进行了验证．实验结果表明:与传统最大化背景预测相比,改进的最大化背景预测方法预处理时间减少了55％,且双层流水线结构算法比单层流水线结构算法在处理时间上减少了0.5 s以上.