柔性绳索结构因质量轻、高柔性和可设计性强等特点,在航空航天及机器人等工程领域得到广泛应用.由于几何大变形与材料非线性等因素影响,利用非线性有限元等高精度方法分析这类柔性结构的动力学特性时,存在模型复杂、计算量大和难以高效...柔性绳索结构因质量轻、高柔性和可设计性强等特点,在航空航天及机器人等工程领域得到广泛应用.由于几何大变形与材料非线性等因素影响,利用非线性有限元等高精度方法分析这类柔性结构的动力学特性时,存在模型复杂、计算量大和难以高效仿真等问题.文章改进了起源于计算机图形学的XPBD(extended position based dynamics)算法,设计了新的约束函数与迭代方法,使其适用于柔性绳索结构的动力学仿真.主要贡献包括:引入旋转向量以更准确描述结构姿态,基于Cosserat弹性杆理论设计了更精确的约束函数,采用约束能量作为迭代收敛判据以提高仿真精度,提出分组求解约束的方法提高迭代计算效率.还以索-杆复合结构为例验证了改进算法的有效性:与ADAMS软件相比,改进算法具有更好的稳定性,且计算效率大致相当;与原XPBD算法相比,改进算法显著提高了求解精度.改进算法引入了旋转向量,使约束函数的设计更灵活,计算框架也更利于并行化,具有在复杂柔性结构动力学仿真中进一步应用的优势和潜力.展开更多
基于快速傅里叶变换的快速迭代收缩阈值算法(fast iterative shrinkage threshold algorithm based on fast Fourier transform, FFT-FISTA)具有较高的计算效率,但其忽略点扩散函数的空间变化及卷绕误差,造成声源识别性能的损失,为此提...基于快速傅里叶变换的快速迭代收缩阈值算法(fast iterative shrinkage threshold algorithm based on fast Fourier transform, FFT-FISTA)具有较高的计算效率,但其忽略点扩散函数的空间变化及卷绕误差,造成声源识别性能的损失,为此提出基于函数波束形成的改进FFT-FISTA算法。改进算法以函数波束形成输出作为FFT-FISTA算法的迭代输入,建立函数波束形成、声源分布及升幂空间转移不变点扩散函数的线性方程组,基于周期边界条件下的快速傅里叶变换进行迭代求解,使被运算的非周期函数变为一个周期函数,解决补零边界带来的波数泄漏问题,可提高运算准确性,进一步提升成像性能;通过指数运算锐化点扩散函数主瓣,拓展点扩散函数空间转移不变性假设的适用性。仿真和试验结果表明,相较于常规FFT-FISTA算法,改进算法能提升成像空间分辨率及动态范围,扩大FFT-FISTA算法的有效成像区域,压缩气体泄漏试验结果验证了改进算法的有效性。展开更多
函数型聚类分析在统计学领域被广泛关注,其分析过程通常在降维目标实现后进行。为了有效解决函数型主成分聚类问题,文章结合局部线性嵌入算法(Locally Linear Embedding,LLE)在非线性空间下的适用性,提出了一种局部线性下的函数型主成...函数型聚类分析在统计学领域被广泛关注,其分析过程通常在降维目标实现后进行。为了有效解决函数型主成分聚类问题,文章结合局部线性嵌入算法(Locally Linear Embedding,LLE)在非线性空间下的适用性,提出了一种局部线性下的函数型主成分分析模型(LLE Function Principle Component Analysis,LFPCA)。首先,采用函数型主成分分析法作为降维目标方法,改进了FPCA的算法模型,通过将LLE算法的权重系数矩阵与函数型主成分定义相结合,构建出一个适用于非线性空间下的聚类算法;其次,在求解算法的过程中定义了函数型主成分得分,并结合EM算法构建出GMM模型来近似函数型算法的概率密度函数,使模型更高效且适用性更强;最后,通过随机模拟实验及应用分析验证了LFPCA算法模型在真实数据集上具有良好的聚类效能。展开更多
协方差分析描述函数法(covariance analysis describing function technique,CADET)在处理系统的随机响应问题上具有求解迅速、仿真精度高等优点.但对于复杂系统,其理论推导过程、求解系统解析响应方程较为复杂繁琐.为进一步推广CADET...协方差分析描述函数法(covariance analysis describing function technique,CADET)在处理系统的随机响应问题上具有求解迅速、仿真精度高等优点.但对于复杂系统,其理论推导过程、求解系统解析响应方程较为复杂繁琐.为进一步推广CADET的应用,依托高斯–埃尔米特积分法,提出了一种通用化的CADET数值算法.作为算法验证,以车辆行驶过程中的随机振动为例,建立了几种不同非线性悬架车辆的二自由度动力学模型,并将CADET通用化数值算法与传统CADET算法及蒙特卡罗法进行了对比分析.仿真结果表明,CADET的通用化数值算法可以达到满足应用要求的计算精度,这验证了所提数值算法的有效性,且具有更强的泛化应用于复杂非线性动力系统的价值.展开更多
文摘柔性绳索结构因质量轻、高柔性和可设计性强等特点,在航空航天及机器人等工程领域得到广泛应用.由于几何大变形与材料非线性等因素影响,利用非线性有限元等高精度方法分析这类柔性结构的动力学特性时,存在模型复杂、计算量大和难以高效仿真等问题.文章改进了起源于计算机图形学的XPBD(extended position based dynamics)算法,设计了新的约束函数与迭代方法,使其适用于柔性绳索结构的动力学仿真.主要贡献包括:引入旋转向量以更准确描述结构姿态,基于Cosserat弹性杆理论设计了更精确的约束函数,采用约束能量作为迭代收敛判据以提高仿真精度,提出分组求解约束的方法提高迭代计算效率.还以索-杆复合结构为例验证了改进算法的有效性:与ADAMS软件相比,改进算法具有更好的稳定性,且计算效率大致相当;与原XPBD算法相比,改进算法显著提高了求解精度.改进算法引入了旋转向量,使约束函数的设计更灵活,计算框架也更利于并行化,具有在复杂柔性结构动力学仿真中进一步应用的优势和潜力.
文摘基于快速傅里叶变换的快速迭代收缩阈值算法(fast iterative shrinkage threshold algorithm based on fast Fourier transform, FFT-FISTA)具有较高的计算效率,但其忽略点扩散函数的空间变化及卷绕误差,造成声源识别性能的损失,为此提出基于函数波束形成的改进FFT-FISTA算法。改进算法以函数波束形成输出作为FFT-FISTA算法的迭代输入,建立函数波束形成、声源分布及升幂空间转移不变点扩散函数的线性方程组,基于周期边界条件下的快速傅里叶变换进行迭代求解,使被运算的非周期函数变为一个周期函数,解决补零边界带来的波数泄漏问题,可提高运算准确性,进一步提升成像性能;通过指数运算锐化点扩散函数主瓣,拓展点扩散函数空间转移不变性假设的适用性。仿真和试验结果表明,相较于常规FFT-FISTA算法,改进算法能提升成像空间分辨率及动态范围,扩大FFT-FISTA算法的有效成像区域,压缩气体泄漏试验结果验证了改进算法的有效性。
文摘函数型聚类分析在统计学领域被广泛关注,其分析过程通常在降维目标实现后进行。为了有效解决函数型主成分聚类问题,文章结合局部线性嵌入算法(Locally Linear Embedding,LLE)在非线性空间下的适用性,提出了一种局部线性下的函数型主成分分析模型(LLE Function Principle Component Analysis,LFPCA)。首先,采用函数型主成分分析法作为降维目标方法,改进了FPCA的算法模型,通过将LLE算法的权重系数矩阵与函数型主成分定义相结合,构建出一个适用于非线性空间下的聚类算法;其次,在求解算法的过程中定义了函数型主成分得分,并结合EM算法构建出GMM模型来近似函数型算法的概率密度函数,使模型更高效且适用性更强;最后,通过随机模拟实验及应用分析验证了LFPCA算法模型在真实数据集上具有良好的聚类效能。
文摘协方差分析描述函数法(covariance analysis describing function technique,CADET)在处理系统的随机响应问题上具有求解迅速、仿真精度高等优点.但对于复杂系统,其理论推导过程、求解系统解析响应方程较为复杂繁琐.为进一步推广CADET的应用,依托高斯–埃尔米特积分法,提出了一种通用化的CADET数值算法.作为算法验证,以车辆行驶过程中的随机振动为例,建立了几种不同非线性悬架车辆的二自由度动力学模型,并将CADET通用化数值算法与传统CADET算法及蒙特卡罗法进行了对比分析.仿真结果表明,CADET的通用化数值算法可以达到满足应用要求的计算精度,这验证了所提数值算法的有效性,且具有更强的泛化应用于复杂非线性动力系统的价值.
