图像处理方法在粗集料形态评价中的应用研究进展

粗集料是沥青混合料的主要成分之一,我国每年公路建设需要消耗几十亿吨的粗集料。粗集料形状、棱角和纹理对沥青混合料高温稳定性、水稳定性和抗疲劳性能具有显著影响。准确评价粗集料的形态特征对于粗集料的质量控制和沥青混合料设计具有重要意义。图像处理方法是研究粗集料形状、棱角和纹理特征的有效手段。系统总结了二维图像处理方法(基于图像尺寸和半径的方法、腐蚀-膨胀法、分形维数法、梯度法和多边形拟合法、霍夫变换法、傅里叶变换法、小波变换法)和三维图像处理方法(球谐变换法、傅里叶变换法、小波变换法、腐蚀-膨胀法)在粗集料形态评价中的应用和取得的研究成果,并针对不同方法的局限性进行了评述。针对二维图像方法的固有缺陷,提出了今后的研究重点是基于粗集料的三维点云数据使用三维图像处理方法构建粗集料形状、棱角和纹理评价指标。最后结合作者现行的研究,介绍了使用激光三维扫描技术采集粗集料三维图像的步骤,并探讨了利用三维点云数据计算粗集料三维尺寸、处理粗集料棱角和平滑粗集料纹理的方法。     

基于傅里叶级数的火山渣颗粒形态表征与分析

路基火山渣填料的宏观力学行为和火山渣颗粒的几何形态特征息息相关。一种基于傅里叶级数的方法被提出,用以分析和表征具有凹凸特征的二维非星形火山渣填料颗粒。研究表明:傅里叶系数可以有效表征和量化火山渣颗粒的形状特征;火山渣颗粒的伸长度变异性较大,且主要取决于傅里叶系数在n=1时两个主轴方向上的幅值之比;火山渣颗粒的磨圆程度较小,棱角度与凹凸度之间的相关性较小。     

基于S变换的柴油机燃烧差异的诊断研究

分析了传统的基于平稳过程的傅里叶变换存在的局限性,采用了S变换时频分析法对振动信号进行分析。对比不同燃烧状况时的缸内压力曲线、压升率曲线及振动信号S变换的结果,表明振动信号S变换得到的时频图像同缸内燃烧过程有密切的关系。为了便于对各缸的燃烧状况进行定量分析,提出了利用时频域内各点的幅值和表征各缸燃烧差异的新方法。在4缸柴油机上进行模拟试验对该方法进行验证,结果验证了该方法的有效性。     

路用集料三维形貌的定量表征方法研究

为定量分析路用集料颗粒的轮廓形状、棱角特征及纹理表面起伏特征,应用非接触式近景白光扫描仪,获取了集料表面的特征点阵,建立了颗粒的实体模型.采用6个相互独立的特征参数分别表征集料颗粒在不同层次的三维形貌特征,给出了基于集料扫描点云数据的特征参数计算与分析方法.定量评价了4种岩性路用集料的三维形貌特征,同时开展了集料的磨光...     

一种实时轨道移频信号的检测方法

针对轨道移频信号的频谱特点，采用欠采样技术对轨道移频信号进行非整周期的采样，经过计算机仿真实验，验证了基于非整周期采样方法对轨道移频信号进行实时傅里叶变换（FFT）分析检测的可行性，证明采样方法满足检测指标的要求。同时对其频率分辨率和实时性进行了讨论。     

沥青路面表面纹理重构与构造深度预测模型

为了实现通过调整混合料的级配设计来获得期望的路面平均构造深度的目标，采用高精度三维激光扫描技术，采集了AC、SMA、OGFC三种典型级配的沥青混合料试件表面纹理特征信息。通过邻域插值法对采样数据的异常值和离群值进行替换，并通过均值滤波对采样数据进行降噪处理后，三维重构了试样表面；在采用傅里叶变换得到重构表面频域信息的基础上，根据宏观纹理的波长对应的频率设计带通滤波器，从重构表面中分离并提取出了路面宏观纹理。应用蒙特卡罗算法计算了路面的平均构造深度，通过采用筛上质量比-粒径积同时考虑了混合料的粒径和筛孔通过率对平均构造深度的影响。采用多元线性回归、随机森林和人工神经网络的方法，建立筛上质量比-粒径积与平均构造深度的预测模型，研究了混合料级配对沥青路面平均构造深度的影响。研究结果表明：均值滤波在去除噪声信号的同时也比较完整地保留了高程轮廓特征，三维重构的试样表面特征与原始表面特征一致；平均构造深度会受到级配曲线中除最大公称粒径外的其他粒径及筛孔通过率的影响；通过多元线性回归、随机森林和人工神经网络3种模型建立了以各筛孔尺寸的筛上质量比-粒径积为自变量，平均构造深度为因变量的回归模型，得到的...     

连续配筋混凝土路面在横向荷载作用下的解析解

根据复合材料层合板理论，运用三角级数和傅里叶变换方法，分析了温克勒地基上连续配筋混凝土路面在横向荷载作用下的变形，内力及应力，得到了问题的解析解。给出了算例结果，探讨了配筋率，配筋位置，地基模量等参数对路面变形、内力及应力的影响规律。     

基于S变换的汽车零部件疲劳载荷谱编辑法研究

小波变换和短时傅里叶变换为频域载荷谱编辑方法的主要分析工具,小波变换法分解函数及分解层数难确定和短时傅里叶变换法窗宽固定的缺陷,导致对随机载荷的分析结果存在偏差,影响载荷编辑质量.为解决此问题,基于S变换基本理论,探索S变换在载荷加速编辑领域的应用,对试验场采集的应变信号进行S变换分析提取最大幅值谱,并以此为依据提取轮...     

一种利用骨架提取和SVM分类的颗粒表征方法

集料级配是影响沥青路面抗滑和减噪性能的最主要因素,基于机器视觉技术,提出一种集料粒径高精度无损检测方法,结合骨架提取和支持向量机（SVM）算法来实现集料颗粒粒度分布的精确估计,为保证集料级配质量提供了有效手段。集料颗粒图像由数字相机获取,图像标定基于NI视觉助手Vision Assistant软件完成。颗粒骨架图像采用Skeleton-M骨架提取算法提取,针对所出现的骨架断裂情况,使用形态学膨胀和细化算法完成骨架修复;然后基于颗粒骨架图像提出颗粒粒径表征算法,基于骨架端点个数提出颗粒棱角表征方法;最后,通过提取颗粒图像特征参数,使用SVM算法对颗粒粒径分布进行精确估计。在颗粒棱角性表征方面,将所提出的颗粒骨架棱角性表征法与AIMS系统的梯度棱角法、未压实空隙率集料颗粒棱角法进行了比较。结果表明：与目前常见的粒径表征方法相比,所提出的方法可以较好地实现颗粒粒径表征和颗粒棱角性表征,所采用的基于多特征的SVM颗粒分档算法可以有效实现颗粒粒径分档,筛分档间的分档精度最高可达95%以上。     

城市道路土基病害核匹配追踪识别算法

为准确识别道路土基病害以避免路面塌陷事故的发生,采用探地雷达对城市道路进行检测。针对城市非硬化道路和硬化道路土基病害出现的一般规律,首先通过维纳滤波器对探地雷达图像进行一维滤波,在滤波过程中,对增益函数进行倒谱域内的平滑处理,进而得到增强的雷达图像;然后,采用傅里叶变换、小波变换等信号处理方法,得到探地雷达图像在不同变换域的结果,并通过构建傅里叶核函数、多项式核函数、克罗内克核函数等不同的核函数字典,对探地雷达图像在不同变换域的结果进行匹配追踪,比较在不同核函数下的核匹配追踪序列;最后,通过比较不同核匹配追踪序列的差异,分别找出对道路土基水害和空洞病害类型敏感的核匹配追踪序列,通过该序列识别城市道路土基病害的类型。利用基于相关系数的病害度量算法比较核匹配追踪序列,判断城市道路土基病害发生的区域,并通过算法识别非硬化道路与硬化道路的地下病害。结果表明:病害类型及范围与实际情况相符,水害和空洞均能得到有效识别;通过5组城市道路探地雷达探测数据集验证了算法的有效性,识别准确率达到了99%以上;利用核匹配追踪算法处理探地雷达图像有助于城市道路土基病害识别,可减少路面塌陷事故的发生。     

氢燃料发动机三维数值模拟研究

通过CFD软件STAR-CD建立了缸外预混合氢燃料发动机三维模拟仿真模型。对比氢燃料发动机与汽油发动机的性能发现,氢燃料发动机具有易点燃、火焰传播速度快、峰值压力及峰值温度高等特点。但氢气密度低,与空气形成的混合气单位体积的热值低,导致采用缸外预混合方式的氢燃料发动机比汽油机功率低15%左右。研究了过量空气系数和点火提前角对氢燃料发动机性能及NOx排放的影响,为提高氢燃料发动机的动力性能和排放性能提供依据。     

基于一维卷积神经网络的驾驶人身份识别方法

近年来，智能网联汽车（ICV）已成为智能工业时代最有前景的发展方向。作为现代移动的重要模式，ICV的设计和开发越来越强调个性化需求。提出一种仅使用车载CAN总线行车状态数据，基于深度学习的驾驶人身份识别通用框架。首先采集20名驾驶人在固定试验路线下，包括不同道路类型、不同交通条件下的自然驾驶行车状态数据集；其次对9种类型的CAN信号行车数据进行数据清洗与重采样，构建数据样本集。搭建了由卷积层、池化层、全连接层、SoftMax层构成的一维卷积神经网络（1-D CNN）驾驶人身份识别模型，并且使用Adam算法、L2正则化、Dropout、小批量梯度下降等方法对模型性能进行优化。算法验证过程中，探讨了模型卷积核占比、卷积核数量、卷积层层数、全连接层节点规模对模型识别准确率的影响，进而对模型结构参数进行优选。进一步地，将该算法与K近邻（KNN）、支持向量机（SVM）、多层感知器（MLP）等传统机器学习方法及深度学习算法长短时记忆网络（LSTM）进行对比分析，同时探究样本时间窗口大小、样本数据重叠度、驾驶人数量对模型识别结果的影响。在数据时间窗口为1 s、数据重合度80%的条件下，对20名驾驶人进行识别，评价指标宏观F₁分数可达99.1%，表明该模型表现明显优于其他对比模型算法，其对驾驶人身份识别表现稳定，鲁棒性强。     

3-D numerical and experimental analysis for airflow within a passenger compartment

People use cars so frequently that they always consider the air-conditioning, and thermal comfort of the driver and passenger when buying a new car. Therefore accurate simulation of the thermal performance of automobile air conditioners to improve human comfort has become increasingly important. In order to improve the thermal comfort of passengers, 3-D flow motion and thermal behavior within vehicles must be analyzed. In this paper, a numerical simulation was used to investigate thermal behavior in a vehicle. Because air temperature at an air vent is related to the cooling capacity of the air conditioner, the cooling capacity was calculated using ɛ-NTU (effective number of transfer unit) theoretical equations. Using the air temperature relationship between inlet and outlet vents as boundary conditions, a 3-D unsteady κ-ɛ turbulent model was used to give a transient analysis simulation of the temperature field and flow conditions in a vehicle’s passenger cabin. Cooling cycle analysis and conjugate heat transfer analysis at the inside surface of the cabin’s ceiling, floor and sides were also considered. The predicted temperature distributions in the vehicles passenger cabin were in good agreement with those obtained experimentally.     

发动机气缸盖气缸体一体化三维模拟研究

应用三维有限元方法,在发动机开发的布置设计阶段,建立发动机气缸盖气缸体的一体化模型,并进行详细的温度场分布和结构耐久性计算。在温度场分析中,引入水套CFD计算结果作为输入条件,并考虑材料的非线性温度效应,计算符合实际工况的温度分布。利用温度场的计算结果,进而进行结构分析,在考虑气缸垫材料非线性行为和各部件接触非线性的基础上,进行多个工况模拟,考察气缸盖气缸体的应力情况和疲劳安全系数,同时对气缸垫压力分布和缸套变形进行分析。     

国产新型轿车空气动力特性的三维仿真计算

本文应用计算流体动力学（ＣＦＤ）方法处理汽车的三维绕流问题，采用有限体积法求解三维定常不可压Ｎ－Ｓ方程，给出了某国产新型轿车的计算结果，得到了其三维速度场、压力场和六分量气动力，并与实车风洞试验结果进行了对比，结果吻合较好。     

路面非周期一维温度场的傅里叶级数解

首先把路面温度场简化为非周期一维温度场,用分离变量法得到齐次边界条件下与温度场基本方程相容的傅里叶级数;然后用格林公式在边界展开热传导方程,得到傅里叶级数系数的常微分方程组,并用拉普拉斯变换求解;最后用实测数据标定的材料参数预测路面温度场。分析结果表明：傅里叶级数第4项仅在-0.1℃～0.1℃范围内波动;初始温度扰动对温度场有短时影响,如果扰动深度增大则影响时间变长;用实测数据标定模型后,模型可以较准确地预测路面温度场,标准差为1.88℃。     

ADAMS中三维虚拟路面的实现

提出一种在车辆虚拟样机动力学性能仿真分析中构建三维虚拟路面的方法,将路面节点连接问题简化为投影平面内点集的不规则三角形网格连接,依据delaunay算法进行求解。由于对节点的分布无过多的限制,从而大大简化了虚拟样机动力学分析中路面的构建过程,可用于复杂试验路面的数字实现。     

汽车仿真中三维路面模型生成系统开发

提出了根据多功能激光路面检测仪测得的路面信息,利用Delaunay三角剖分结合加权函数插值生成三维路面模型的算法,在此基础上开发了路面生成系统,该系统可以生成不同网格形式的路面模型及其相应的路面文件,可以直接被汽车仿真软件调用.通过功率谱对比与Adams仿真分析对生成的路面模型进行验证,结果表明生成的路面模型能够真实地反映实际路面不平度的特征.     

基于一维/三维模型耦合仿真的汽车进气谐振器设计

采用STAR-CD软件,建立了Helmholtz进气谐振器流体动力学模型,利用GT-POWE软件建立465Q汽油机模型,运用STAR-CD与GT-POWER软件建立了谐振器与发动机联合仿真模型,在此基础上,对谐振器和发动机进行了一维/三维模型耦合仿真,得到了谐振器对进气降噪和发动机性能的影响结果。并进行了实验对比,计算值与测量值吻合良好,模拟结果为谐振器的优化设计提供了依据。     

钢桥面板纵肋与顶板焊接细节疲劳裂纹扩展三维模拟方法

为了深刻认识正交异性钢桥面板的疲劳特性,准确评估其疲劳抗力,对纵肋与顶板焊接细节进行了三维疲劳裂纹扩展模拟。提出了一种主要针对椭圆或半椭圆形疲劳裂纹的扩展模拟方法,采用相互作用积分法计算裂纹尖端处的应力强度因子K,作为三维裂纹模拟的基本参量。以青山长江公路大桥正交异性钢桥面板疲劳试验节段模型为研究对象,将纵肋与顶板焊接细节处的疲劳裂纹近似为单个半椭圆形裂纹,对其扩展过程进行三维模拟,通过试验结果验证了所提方法的有效性。在此基础上将初始裂纹分别设置于焊根和顶板焊趾,探讨了顶板厚度和U肋形式对于纵肋与顶板焊接细节疲劳裂纹扩展特性的影响问题。研究结果表明：所提出的方法能够准确模拟纵肋与顶板焊接细节疲劳裂纹的扩展过程,适用于其疲劳问题研究;增加顶板厚度能够有效改善纵肋与顶板焊接细节处的疲劳性能;相对于传统纵肋与顶板焊接细节而言,顶板与镦边U肋焊根和焊趾处的疲劳裂纹扩展特性和疲劳抗力没有显著差别,顶板与镦边U肋焊缝构造细节难以显著改善焊根和顶板焊趾处的疲劳性能;萌生于焊根并向顶板扩展的疲劳失效模式是控制传统纵肋与顶板焊接细节和顶板与镦边U肋焊缝构造细节疲劳性能的主导疲劳失效模式。