X型超轻点阵结构芯体（Ⅱ）：细观力学建模与结构分析

针对X型超轻点阵结构芯体，首先引入均匀化等效理论，进行均匀化等效处理，然后采用等效芯体的有限元计算模型预测X型结构夹层板的静态力学行为，包括其压缩、剪切弹性模量和峰值强度，从理论和数值模拟上进一步证明了X型结构在静态力学性能上较金字塔结构具有性能优势．结合实验结果和三维实体有限元模型对比分析表明，均匀化等效理论预测与三维有限元计算结果吻合较好，误差不到10％．     

高速铁路用水泥乳化沥青浆体的物理结构

基于硬化硅酸盐水泥浆体的Powers理论和水泥乳化沥青浆体的配合比,通过理论计算和X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、能量色散X射线谱仪(EDAX)等相分析方法,分析了硬化水泥乳化沥青浆体的物相组成与微结构.结果表明,硬化水泥乳化沥青浆体的物相组成与微结构取决于沥灰比和水灰比.提出了表征硬化水泥乳化沥青浆体物理结构的两种结构模型,以沥青为连续相、水泥相为分散相的有机-无机复合胶凝体结构模型—I型模型;以水泥相为基体、沥青嵌入其中的无机-有机复合胶凝体结构模型—II型模型.为深入分析高速铁路板式无砟轨道结构中水泥乳化沥青砂浆的微结构参数和力学性能及其衰变规律奠定了基础.     

刚交错桁架结构的抗震性能分析

为研究新型结构体系-钢交错桁架结构在地震作用下的动力特性,首先提出一种新的计算模型--伪空间模型,在通过模态分析和Pushover分析验证了由伪空间模型研究钢交错桁架结构横向抗震性能的可行性之后,对10层、15层和20层钢交错桁架结构分别进行IDA分析,并通过分析结构的动力响应,评估其抗震性能,研究成果对分析钢交错桁架结构的动力特性具有一定意义.     

连续模态Pushover分析法在钢交错桁架结构中的应用及改进

连续模态Pushover分析(Consecutive Modal Pushover,简称CMP)是一种能够考虑结构高阶振型的Pushover分析方法.为研究该法是否适用于钢交错桁架结构的抗震性能评估,分别时10层、15层和20层钢交错桁架结构体系进行CMP分析和非线性时程分析,并通过比较由CMP分析和非线性时程分析所得结构的反应,对CMP分析法提出相应的改进方案.分析结果表明,改进后的CMP分析法对于铜交错桁架结构的抗震性能评估是一种行之有效的方法.     

单轴压缩下Ti-6Al-4V空心点阵结构的力学行为

本文设计和制备了三组不同内部加强结构分布的Ti-6Al-4V空心点阵试样,开展了单轴压缩加载下空心点阵结构变形和破坏的实验和数值模拟研究,分析了加强结构分布及形状参数对空心点阵结构力学行为的影响规律.结果表明:相比于基本空心点阵结构(试样BS),当加强结构分布在试样节点(试样SN)时,其比弹性模量和比极限强度分别降低了7%和12%,试样在支柱区域发生剪切断裂;而当加强结构分布在支柱内部(试样SW)时,其弹性模量、极限强度和比极限强度则分别提升了20%, 49%和13%,展现出了优越的力学性能.加强结构的不同分布,引起了胞元的结构薄弱区、应力分布和承载能力发生变化,从而导致试样表现出不同的失效特征和力学性能.试样SW的加强结构增强了基本结构的薄弱区域,提高了胞元承载能力,对试样SW加强结构形状参数的数值模拟研究表明:当加强结构高度与半胞元高度的比接近0.6,或者加强结构厚度与试样支柱内径的比接近0.1875时,胞元内部结构更加均衡,其应力分布更加均匀,更有利于获得力学性能优越的轻量化结构.     

GPU加速的表意式体模型线绘制算法

现有的体模型线绘制算法采用跟踪随机种子的方式得到特征线,存在严重的时空连续性问题.本文提出一种GPU加速的体模型线绘制算法,能够在每一帧抽取全部的特征线,从而彻底解决绘制中的不连续现象.我们首先提出一种并行的特征线抽取方法,在GPU的几何处理器中计算每个立方体单元中的特征线片段.为了解决可见性判定问题,我们采用splatting的方式生成深度图,取代已有方法中的光线投射方法,获得了明显的性能提升.采用自适应的深度偏移获得满意的可见性检测结果.为了将大量的体数据存储到高速显存中,我们通过剔除无关数据和压缩编码的方式,在不影响结果的前提下显著地减少了存储和带宽消耗.实验结果表明,本文算法能够生成时空连续的线绘制结果,并且绘制速度比已有CPU算法提高一个数量级.     

运载火箭全箭动特性三维建模技术

目前国内运载火箭动力学特性建模以梁模型为主,但梁模型是对运载火箭三维结构的一种简化,存在若干弊端.采用三维建模方法可以克服这些弊端.总结了作者近几年开展的运载火箭三维建模的研究工作,提出了运载火箭三维建模方法,包括硬壳与半硬壳结构建模方法、夹芯结构建模方法、发动机架及发动机建模方法、燃料液体建模方法、非结构质量建模方法以及连接建模方法.尤其针对液体建模,提出了燃料液体杆单元建模方法,使液体建模工作大为简化.通过工程实例应用以及和试验的对比,证明了建模方法的适用性.同时也提出了运载火箭建模当中的不确定因素.     

基于FSDP图像和DCNN的无人机起落架关键件结构损伤智能检测方法

随着无人机的应用越来越广泛,与之相适应的保障手段也需与时俱进.在人工智能快速发展的情况下,故障诊断与人工智能方法相结合为无人机保障关键技术的跨越式发展提供了重要契机,也为无人机的使用安全性与运行可靠性水平的提升提供了重要机遇.本文以结构健康监测中的超声信号分析方法为基础,针对无人机起落架关键结构件的损伤检测问题开展研究,结合深度学习模型,对结构件的损伤进行智能化检测,提高检测效率和检测精度.针对结构健康监测中损伤信号的非线性特点,提出了频谱对称点阵图案(frequency symmetrized dot pattern, FSDP)特征提取方法.在此基础上,提出了基于FSDP特征与深度卷积神经网络的损伤智能检测方法.在起落架T型构件实验环境中开展了结构损伤模拟与检测实验,通过实验数据验证了所提出的智能检测方法的有效性.     

Intensive KDB-Tree：一种有效的高维数据索引结构

本文并提出了高维空间中一种新的索引结构Intensive KDB-Tree,它采用一种新的数据插入算法和新的分裂策略,进而减小了索引结构,最后经实验证明,Intensive KDB-Tree的检索性能优于金字塔技术和KDB-Tree.     

各向异性开孔弹性泡沫的压缩大变形分析与模拟

通过将规则Kelvin模型沿某一方向伸长,而保持与其垂直方向的原有尺寸不变,得到了结构各向异性的胞体模型;然后,利用其在整个空间具有的周期性和对称性得到了简化后的周期性结构单元,并类似于已有文献中的做法,采用半支柱求解单元和弹性挠曲理论来分析其力学行为,获得了沿胞体伸长以及垂直于胞体伸长两个不同方向上的应力、应变的理论表达式和相应的压缩应力-应变曲线;并且,利用有限元模拟方法对上述理论预测结果进行了验证.结果表明:在应变不太大时,理论预测与有限元数值模拟结果非常接近,证明了理论分析的有效性;各向异性比对泡沫材料的力学性能影响显著,随着各向异性比的增加,在相同应变下,压缩应力在胞体伸长方向得到提高,而在垂直于胞体伸长方向则表现为下降.     

反应合成Ag(111)/SnO2(200)复合材料界面结构的DFT研究

根据 HTEM 原位观察的 Ag/SnO₂ 电接触材料的两相界面结构, 建立了 Ag(111)/ SnO₂(200)界面结构模型. 原子驰豫位移的计算结果显示, 驰豫引起界面原子严重错排, 破坏了点阵周期性排列. 界面区的O与Ag原子为达到稳定结构而彼此有靠近的趋势, 界面的结构驰豫是材料系统降低能量的一种方式. 界面附近态密度表明界面对材料的导电性有很大影响, 界面 O 原子的存在引起了材料导电性下降. 界面区域电子云和布居分析表明, 在Ag/SnO₂界面结构中未形成 AgxOy 化合物, 且界面会导致电荷分布不均匀, 在整个材料系统内形成微电场, 影响电子传输和材料的导电性. 计算显示 Ag(111)/SnO₂(200)界面结合较强, 界面结合能约为−3.50 J/m².     

川藏公路二郎山1号大型坡体病害演变与治理研究

川藏公路横穿我国西部两大地貌单元及其过渡地带, 其间所遇的一些坡体病害具高寒冷、高海拔的环境特色和规模巨大、性质复杂的特点, 而且常常多位一体, 成群出现. 这些组合的坡体病害, 不仅不能用其中任何一种来反映发育特征, 而且其发展也同其他事物一样经历着从发育、成长到灭亡, 循环往复的演变过程. 从代表性坡体病害--川藏公路二郎山1号坡体病害的机理分析出发, 分别通过地质力学模型试验、数值计算、立体原位测试等多种手段模拟、研究并通过实际工程结构调控了这一大型坡体病害发育末期的演变. 从中得知, 这类坡体病害具备更优势的地质背景和条件; 不同病害形式间的作用比单一影响因素的作用更可怕; 除绕避方案外, 只有用结构与病害体协调作用的综合先进方法才是治愈该类病害的有效手段.     

两种Zr基块体非晶合金的变形行为

使用单轴压缩、纳米压入、界面粘结和显微观察等技术对Zr₆₅Al₁₀Ni₁₀-Cu₁₅和Zr_52.5Al₁₀Ni₁₀Cu₁₅Be_12.5合金的宏观和细观塑性变形行为进行了研究. 结果表明: Be代替了部分Zr后的非晶合金的单轴压缩强度和塑性明显提高. 两种合金均在低加载速率的纳米压入中表现出锯齿流变特征, 在高加载速率中为连续的塑性变形, 但变形行为转变的临界加载速率有明显差别. 对比两种合金压痕下方塑性变形区域中剪切带形貌表明, 在同样加载条件下, Zr_52.5Al₁₀Ni₁₀Cu₁₅Be_12.5合金中形成剪切带的数量多、尺寸小、间距小, 随着压入深度的增大, 剪切带间距基本不变. 这表明Zr₆₅Al₁₀Ni₁₀Cu₁₅合金中剪切带形成相对困难, 趋向于单个剪切带的扩展, 因此宏观塑性变形能力有限. 而在含Be合金的塑性变形过程中剪切带容易形核, 趋向于多重剪切带的同时开动, 因此宏观塑性变形能力显著. 两种合金塑性变形行为的差异符合自由体积模型.     

基于卷积编码的SOC测试响应压缩研究

提出一种单输出压缩方法. 首先提出了码率为n/（n-1）、距离为3的卷积码的设计规则, 利用这些规则可得到卷积码的校验矩阵, 该校验矩阵的实现电路即是能够提供单输出压缩的响应压缩电路. 所设计的压缩电路可避免2个和任意奇数个错误位的混淆、避免一个未知位（X位）对特征的掩盖. 利用概率论分析了未知位掩盖效应. 如果未知位分布具有聚簇特征, 那么提出的多重量校验矩阵设计算法能够大大降低未知位的掩盖效应. 最后用一些实验数据验证了所提出的压缩电路能够提供较强的未知位容忍能力和非常低的错误位混淆率.     

一种新型双层电磁带隙结构及其在微波电路中的应用

提出了一种新型双层电磁带隙结构, 并分别用数值和实验的方法对这种结构的特性进行了分析. 在对这种结构单元的电磁特性分析的基础上, 给出了其集总参数等效电路, 并且讨论了这种结构的几何参数对电磁特性和等效参数的影响. 与已有的EBG结构相比, 该结构具有小型化及背向辐射小的特点. 基于单元结构的特性和等效电路, 设计了一种紧凑型转弯线带阻滤波器, 以及带阻型天线双工器. 理论和测量结果显示, 这种结构在微波和射频系统中具有潜在的应用价值.     

L_0梯度极小化耦合梯度保真的保结构图像平滑

图像平滑是计算机图形学和图像处理领域中最为重要的工具之一,其主要挑战在于平滑输入图像细节的同时如何保持原图像的显著结构特征.近几年,一种基于L0梯度极小化的图像平滑方法被提出,不仅视觉上效果出色,而且其局部均一的效果较之以往方法更为显著,然而,现有的基于L0的方法会产生阶梯效应且容易丢失部分结构.本文提出一种结合L0梯度极小化和梯度保真的平滑方法.该方法可以在保留图像主要结构的同时克服传统方法的阶梯效应,且保持包括颜色近似处在内的图像结构.实验结果表明了新方法可用于图像融合、边缘提取、JPEG格式卡通画压缩痕迹移除等应用.     

圆片级感应局部加热封装研究

提出一种MEMS高频电磁局部感应加热封装的方法, 并将其应用于圆片级感应局部加热封装. 为达到MEMS圆片级封装键合, 通过数值模拟和实验研究, 首先设计与优化感应器的结构, 其次验证PCB板在感应器内的加热情况, 初步实现了MEMS在均匀磁场中的均匀局部感应加热封装. 结果表明: 采用局部感应加热封装, 可有效降低封装过程中热对芯片的影响,可大大减小芯片的热应力, 有效提高MEMS器件的寿命.     

平面机械系统动力学建模的复合方法

针对平面机构拓扑结构组成特点，提出平面机构动力学建模的复合方法。依据机构结构学原理划分动力学建模的单元，采用状态空间方法表达系统动力学模型。采用平面四杆机构作为建模案例，与现有多体系统建模方法对比，验证了新方法的正确性。新方法可以很好地支持动力学模型的重用，揭示了平面机构动力学模型与拓扑结构的内在联系。     

FDM三维打印的支撑结构的设计算法

熔融挤压式(FDM)三维打印是由熔化的塑料丝沉积组成物体模型的过程.熔化的塑料丝由喷嘴喷出并与喷嘴正下方的物体模型融合.然而,塑料丝只能沉积在已经存在的物体的上表面上.因此,需要在物体悬空的部位下方添加支撑结构使得物体能够被打印,否则塑料丝将悬在空中无法沉积,不能成型.本文设计并实现了一种保证三维物体模型能够打印的支撑结构方法.能够自动寻找支撑点,并且自动寻找添加支撑结构杆.此外,还调整了支撑杆的具体结构以增加稳定性以及易于剥除性.相比一般切片引擎如Cura,Mesh Mixer的处理方法,文中提出的算法能够在确保可打印性的前提下,有效减少三维打印的材料和时间消耗.     

自形成点接触PERC太阳电池

传统钝化发射极背接触(PERC)太阳电池采用原子层沉积(ALD)法在电池背面形成全覆盖氧化铝(Al_2O_3)钝化层,但由于Al_2O_3的介电特性,需在后续工艺中通过激光开槽去除部分钝化层,形成部分金属化部分钝化层的背表面结构,本文采用旋涂法制备Al_2O_3薄膜作为PERC太阳电池的背表面钝化层,实现了自形成点接触的背表面结构,即金字塔表面和底部具有钝化层覆盖,金字塔顶部没有钝化层覆盖,从而无需使用激光开槽工艺即可完成PERC电池的局部钝化和金属化.进一步发现,这种天然形成的点接触具有优良的电学接触特性,在同样的工艺条件下,获得了比全背金属接触电池略高的填充因子(FF),不同于常规PERC电池FF低于全背金属接触电池的情况.此外还发现自形成点接触Al_2O_3钝化层兼具有背反射层的功能,通过对SiN_x/Si/Al_2O_3/Al结构反射率的测试,直接证明了背钝化层可以增强长波区太阳光的内反射.电池的开路电压(V_(oc)),短路电流密度(J_(sc))均有提升,转换效率(η)提高约1%.