Numerical simulations supporting the process design of ring rolling processes

In conventional Finite Element Analysis (FEA) of radial-axial ring rolling (RAR) the motions of all tools are usually defined prior to simulation in the preprocessing step. However, the real process holds up to 8 degrees of freedom (DOF) that are controlled by industrial control systems according to actual sensor values and preselected control strategies. Since the histories of the motions are unknown before the experiment and are dependent on sensor data, the conventional FEA cannot represent the process before experiment. In order to enable the usage of FEA in the process design stage, this approach integrates the industrially applied control algorithms of the real process including all relevant sensors and actuators into the FE model of ring rolling. Additionally, the process design of a novel process 'the axial profiling', in which a profiled roll is used for rolling axially profiled rings, is supported by FEA. Using this approach suitable control strategies can be tested in virtual environment before processing. © 2013 AIP Publishing LLC.

Finite element analysis of the ring rolling process with integrated closed-loop control

In FEA of ring rolling processes the tools' motions usually are defined prior to simulation. This procedure neglects the closed-loop control, which is used in industrial processes to control up to eight degrees of freedom (rotations, feed rates, guide rolls) in real time, taking into account the machine's performance limits as well as the process evolution. In order to close this gap in the new simulation approach all motions of the tools are controlled according to sensor values which are calculated within the FE simulation. This procedure leads to more realistic simulation results in comparison to the machine behaviour. © 2012 CIRP.

Generalized phenomenological model for the viscoelasticity of idealized asphalts

A generalized theory for the viscoelastic behavior of idealized bituminous mixtures (asphalts) is presented. The mathematical model incorporates strain rate and temperature dependency as well as nonmonotonic loading and unloading with shape recovery. The stiffening effect of the aggregate is included. The model is of phenomenological nature. It can be calibrated using a relatively limited set of experimental parameters, obtainable by uniaxial tests. It is shown that the mathematical model can be represented as a special nonlinear form of the Burgers model. This facilitates the derivation of numerical algorithms for solving the constitutive equations. A numerical scheme is implemented in a user material subroutine (UMAT) in the finite-element analysis (FEA) code ABAQUS. Simulation results are compared with uniaxial and indentation tests on an idealized asphalt mix. © 2014 American Society of Civil Engineers.

Design and modeling of an integrated device for acoustic resonance spectroscopy

This paper investigates the design and modelling of an integrated device for acoustic resonance spectroscopy (ARS). Miniaturisation of such platforms can be achieved using MEMS technology thereby enabling scaling of device dimensions to investigate smaller specimens while simultaneously operating at higher frequencies. We propose an integrated device where the transducers are mounted in close proximity with the specimen to be analysed (e.g. by integrating ultrasound transducers within a microfluidic channel). A finite element (FE) model and a simplified analytical model have been constructed to predict the acoustic response of a sample embedded in such a device configuration. A FE simulation is performed in COMSOL by embedding the piezoelectric transducers in representative fluid media. Resonant frequencies associated with the measurement can be extracted from this data. The response of various media modelled through FEA matches with analytical predictions for a range of biological media. A variety of biological media may be identified by using the measured resonant frequencies as a signature of relevant physical characteristics. The paper establishes the modelling basis of an integrated acoustic resonant spectrometer that is then applied to examine the impact of geometrical scaling on system resolution. © 2013 IEEE.

Simulation and fabrication of the SiC-based clamped-clamped filter

In this paper, the SiC-based clamped-clamped filter was designed and fabricated. The filter was composed of two clamped-clamped beam micromechanical resonators coupled by a spring coupling beam. Structural geometries, including the length and width of the resonator beam and coupling beam, were optimized by simulation for high frequency and high Q, under the material properties of SiC. The vibrating modes for the designed filter structure were analyzed by finite element analysis (FEA) method. For the optimized structure, the geometries of resonator beams and coupling beams, as well as the coupling position, the SiC-based clamped-clamped filter was fabricated by surface micromaching technology.

基于视觉的手势界面关键技术研究

针对视觉手势界面存在的问题,提出了一套行之有效的解决方案.首先,为了解决视觉手势交互中的Midas Touch问题,以人类注意的信息加工模型为理论依据提出了一个可扩展的视觉手势交互模型,该模型将手势交互过程分为选择性处理、分配性处理和集中处理3个不同阶段;然后,基于该模型提出了一个视觉手势识别框架,并结合认知心理学从手势检测、跟踪和识别3个方面对该框架的各个组成模块的关键技术进行了阐述,其中手势检测模块和识别管理模块能够辅助系统在复杂的背景中滤除掉不相关信息而选择性地搜索人手并根据上下文信息对手势识别任务重定向,从而避免了系统时刻都处于激活状态并对所有的手势动作都进行识别分析,有效解决了Midas Touch问题.文中介绍了使用该方法实现的IEToolkit手势界面工具平台,并基于一个视觉手势交互系统进行了实验测试与评估,结果验证了文中方法的可用性.

黄土高原地区耕作技术效益研究

黄土高原地区地形破碎 ,坡地所占比例大 ,水土流失严重。调查和试验表明 ,在坡耕地上 ,因地制宜地采取各种水土保持耕作技术措施 ,对改变坡面微地貌 ,减少水土流失 ,增加土壤抗蚀、蓄水、保土性能 ;培肥地力和提高作物产量 ,都具有显著作用。该文着重分析了效果明显的 8种耕作技术及其特征 ,供决策部门在制订规划时参考。

基于手势的视觉用户界面研究

随着人机交互技术的发展，各种新的交互手段不断涌现，使人机交互朝着更加自然、高效和智能化的方向前进。基于手势的视觉用户界面是post-WIMP时代的一种重要的界面形式，与传统的WIMP交互方式相比视觉手势交互能够使用户摆脱鼠标键盘的束缚而采用一种更加自然、无约束的交互方式，从而提供给用户更大的交互空间、更多的交互自由度和更逼真的交互体验，具有较高的应用价值和良好的应用前景，因此被国内外越来越多的研究者所关注，迅速成为了人机交互领域一个热门的研究方向，并被广泛应用于虚拟/增强现实、普适计算、智能空间以及基于计算机的互动游戏等多个领域。 视觉交互是自然人机交互的核心和热点研究内容之一，视觉交互可以通过手势、目光、头部运动或者面部表情等多种方式进行。其中，手势是人类进行视觉交互的主要手段，手势所能表达的语义信息十分丰富。在人机交互中使用视觉手势完成交互任务不仅自然、直观和方便，而且从计算机的角度出发来看系统实现起来也较为容易。因此，基于手势的视觉用户界面得到了广泛的关注并取得了许多研究成果。从目前的研究现状来看，在基于手势的视觉用户界面研究中，仍然存在着以下的问题： （1）传统的WIMP界面模型已经不适合描述视觉手势界面这种post-WIMP界面的特点，需要对传统的用户界面模型加以扩展，构造适于描述视觉交互特征的界面模型帮助用户清晰、准确地分析和表达界面功能及其变化，描述出用户与系统的交互过程，指导软件系统的设计和实现； （2）具体的交互设计过程中还存在着许多关键技术没有解决好，例如手势的正确理解问题、算法的鲁棒性问题以及手势的可扩展性问题等； （3）传统视觉工具箱复杂难用的问题。需要降低开发难度，开发出便捷、易用、可扩展的软件界面开发工具及相应的开发方法，支持领域内非专家用户快速开发出视觉手势原型系统。 本文正是从以上问题出发，围绕着视觉手势界面交互技术，从理论、方法与应用等几个方面展开了深入的研究。首先论述了用户界面的发展历程，继而对视觉界面研究现状进行了综述。在充分研究和对比国内外相关研究成果的基础上提出了一种基于手势的视觉用户界面模型UIDT。接下来针对视觉手势交互中存在的难题，以认知心理学为理论依据提出了一种可扩展的手势交互状态转移模型，并在此基础上构建了视觉手势处理框架。随后对该框架中的关键技术进行了针对性的研究。针对非专家用户在构建具有个性化视觉手势界面过程中所遇到的问题，设计开发了一个支持视觉手势交互的开发工具IEToolkit并给出了一套基于该工具的通用的软件开发方法。最后，将上述成果应用于互动娱乐领域，取得了满意的效果。 本文的创新点主要表现在以下几个方面： 1. 提出了一种基于手势的视觉用户界面模型UIDT 在充分分析视觉交互特征的基础上，以传统的用户界面模型为基础提出了一种基于手势交互的视觉界面模型UIDT。该模型从用户模型、任务模型、设备模型和交互模型等几个方面对视觉手势交互进行了深入分析和描述，给出了各个模型的形式化定义，介绍了模型的各个组成模块以及它们之间的相互关系，讨论了视觉手势界面设计中应该遵循的设计规范。评估结果表明，该模型具有较强的通用性，有助于设计者对VBI的任务、用户、设备以及交互的不同层次进行抽象描述，使用户界面满足可用性要求，提高界面设计和原型开发的效率。 2. 提出了一个可扩展的视觉手势交互模型及一种新的视觉手势识别处理框架，围绕着该框架提出了一种新的视觉手势跟踪和识别方法 首先，提出了一个可扩展的视觉手势交互模型。根据认知心理学原理将视觉手势交互处理过程细分为选择性处理、分配性处理和集中处理三个不同的阶段，有效解决了Midas Touch问题；基于该模型提出了一个视觉手势识别框架，并结合认知心理学从手势检测、跟踪和识别三个方面对该框架的各个组成模块的关键技术进行了阐述。其中手势检测模块和识别管理模块能够辅助系统在复杂的背景中滤除掉不相关信息而选择性地搜索人手并根据上下文信息对手势识别任务重定向，从而避免了系统时刻都处于激活状态并对所有的手势动作都进行识别分析，有效解决了Midas Touch问题；为了提高系统的性能，提出了一种鲁棒的面向实时交互的变形手势跟踪方法和基于小样本学习的模板匹配方法用于动态手势识别。评估结果表明，上述技术有效地提高了系统的实时性、准确性和鲁棒性。 3. 设计开发了一个支持快速原型开发的视觉手势工具箱系统 针对目前大多数视觉手势工具箱复杂难用的问题，设计开发了一个简单、易用、可扩展的手势工具箱系统IEToolkit，实现了本文所述的各种关键交互技术。它包含了构造一个基于视觉手势的交互系统所需要的方方面面，从事件模型、交互模型、数据流模型等几个方面对工具箱的组成结构进行了描述，并给出了一个基于IEToolkit的通用的软件系统开发流程，开发人员可以将更多的精力集中在具体的高层逻辑语义处理上，而不需要过多考虑底层的技术细节与支撑结构。应用实例及评估结果表明IEToolkit能够降低开发门槛，较好地支持基于视觉手势交互的应用系统的快速构造，具有较高的应用价值。 4. 基于上述研究成果设计开发了一系列典型的视觉手势交互系统 将上述理论模型与具体的交互技术进行有效结合，在视觉手势开发工具平台基础上开发了一系列典型的互动娱乐系统，在实践中对本文的研究成果进行了有效性验证。

并联刨床刚度分析及实验研究

为了提高刨削加工能力,而采用考虑到并联机构的特点而提出了并联刨床的概念并对其进行了简单说明.采用对机床进行分解的方法对机床的各功能模块分别建立刚度模型,并利用变形线性叠加的原理对机床的并联部分刚度进行分析.采用有限元软件对机床的床身框架及平面约束机构部分的刚度进行分析.并以仿真和实验加工的方式进行了刚度特性研究.

视觉伺服分类及其动态过程

对视觉伺服进行了综述性的介绍,系统地介绍了机器人视觉伺服控制的发展历史以及现状·从控制模型给出了视觉伺服控制系统的分类·针对两种最基本的分类方式基于位置的视觉伺服和基于图像的视觉伺服进行了重点介绍·对于视觉系统和图像特征的选取问题进行了讨论,此外还对视觉伺服系统的动态过程进行了分析,指出视觉系统的延时是目前伺服控制的研究所面临的最大问题·对未来视觉伺服研究的方向进行了总结·

基于输入和机械手扰动补偿的水下机器人控制实验研究

以搭建的自治水下机器人-机械手系统为对象,通过水池实验分析了载体分系统的响应特性。针对传统的反馈控制在载体控制中的不足,将输入补偿项和机械手扰动补偿项作为载体控制的前馈项,设计了水下机器人复合校正控制器。水池实验验证了方法的可行性和有效性。

一种基于知识的自然景物解释

利用我们研制成的基于知识的区域分析系统,我们对自然景物图象做了分析、解释。本文介绍:(1)图象初始分割;(2)图象特征提取;(3)规则集构造。这里,图象初始分割采用的是模糊域方法,它基于Fuzzy C-means 算法,并在此基础上修改了收敛准则,增加了迭代分割功能。图象特征分为主持征及从特征,它们建立在层次化的区域数据结构上。适合于区域分析的规则集已包括三类规则,它们不仅具有较强的知识表示能力,而且易于控制及利用。本文介绍针对包括天空、道路、树木、建筑物等物体的简单景物图象所做的解释实验,并给出了实验结果.

不同基板预热温度对激光金属沉积成形过程温度场的影响

为降低成形过程的热应力,抑制成形过程裂缝的产生,减小成形过程试样和基板的翘曲变形,激光金属沉积成形往往需要进行基板预热,因此研究不同基板预热温度对激光金属沉积成形过程温度场的影响具有非常重要的意义.根据有限元分析中的"单元生死"技术,利用APDL编程建立了基板预热对激光金属沉积成形过程温度场影响的三维多道多层数值模拟模型,详细分析了基板未预热和分别预热到200,300,400,500,600℃时对沉积成形过程温度场和温度梯度的影响.通过中国科学院沈阳自动化研究所自行研制的激光金属沉积成形系统和基板预热系统,在与模拟过程相同的参数下,利用镍基合金粉末在基板未预热和分别预热到300,400,500,560℃时进行了成形试验,试验结果跟数值模拟结果吻合较好.

基板预热对激光金属沉积成形过程热应力的影响

为降低沉积过程的热应力,抑制成形过程中裂缝的产生,研究基板预热对激光金属沉积成形(Laser metal deposition shaping,LMDS)过程热应力的影响具有非常重要的意义。根据有限元分析中的"单元生死"思想,利用APDL(ANSYS parametric design language)编程建立多道多层激光金属沉积成形过程的数值模拟模型,深入探讨基板未预热和预热到400℃时对成形过程热应力的影响。计算结果表明,基板预热到400℃可以显著降低成形过程中试样的热应力变化波动性,试样的Von Mises热应力最大值可降低10%左右,其中x方向热应力最大值可降低8.5%左右,z方向热应力最大值可降低8.1%左右。在与模拟过程相同的条件下,利用自行研制的激光金属沉积成形设备进行了成形试验,成形试验的结果与模拟结果基本吻合。