基于成对曲线组合的柔顺机构设计

采用拓扑优化技术进行柔顺机构设计成功与否在很大程度上取决于所采用的机构几何表述方式.本文提出了一种全新的基于成对曲线组合（对线组）的表述方式.这种几何表述方式,首先确定机构的输入输出区域.虽然在初始阶段不知道机构在设计域的分布,但是载荷加载需要借助机构输入输出点,因此必须有至少一个加载区域,一个支撑区域和一个输出区域.将这些输入输出区域利用成对Bezier曲线直接或间接连接起来形成一种可以承载负荷的柔顺机构.这种几何表述方式生成的机构边界为曲线函数之组合,解决了拓扑优化设计中的锯齿和模糊边界问题,并且可以同时进行形状和拓扑优化并且保持结构边界的光滑,没有棋盘格现象和中间密度单元等.基于对线组进行柔顺机构表征,会产生一些复杂的结构,基于FG-FEM有限元法进行仿真分析求得响应.研究柔顺机构拓扑优化设计理论与方法,采用图的形式对机构对象进行编码,利用遗传算法的全局寻优能力寻找全局最优解,数据算例的结果表明,提出的方法正确有效.     

一种刚柔统一的并联机构构型综合方法

刚、柔两类机构的构型综合问题一直是机构学领域的研究热点,但统一构型综合的问题尚未提及及讨论．基于对当前刚柔两类机构构型综合方法研究的现状分析,指出了可统一实现刚柔机构构型综合的可行性,并提出了一种以旋量系理论为理论框架,基于数学、物理与机械模块分层映射的机构构型综合思想．该方法的核心在于建立几何模块、运动（约束）模块与机械模块三者之间的映射关系,优点在于简单、可视化．基于所提出的模块分层映射方法,通过实例初步验证了该方法对刚、柔两类机构构型综合的有效性,为系统构筑可视化的刚柔机构统一构型综合（或概念设计）的算法及软件提供了理论支撑．     

少自由度并联机构的位移流形综合理论

提出了少自由度并联机构基于李群理论的位移流形综合理论. 给出了全部9类少自由度并联机构的机构位移流形, 分支位移流形和保证所有分支位移流形之交集为期望机构位移流形的几何条件. 利用位移子群乘法运算的封闭性, 可得到不同结构的分支运动链. 使用这些分支运动链, 满足相应几何条件即可构建出具有期望自由度的并联机构, 并且其优点是无需判别机构的瞬时性, 依据此原理可以进一步根据多方面的实际需要综合新的机型.     

平面柔顺机构大挠度弹性静力学分析的低维参数化曲率模型

针对以均质细长弹性梁为柔性构件的平面柔顺机构,通过采用Bernstein多项式逼近柔性梁弯曲曲率,提出了一种适用于大挠度强几何非线性弹性静力学分析的低维参数化曲率模型,并给出了基于高斯积分和牛顿拉弗森迭代的数值求解算法.该建模方法的特点是直接以柔性梁弯曲应变即曲率为基本未知场函数,以Bernstein多项式试函数的待定系数为基本未知量,基于最小总势能原理建立系统的几何非线性静力平衡方程.因而避免了传统基于位移的建模求解算法通过求导计算弯曲应变能引入的数值误差,并降低了试函数的光滑性要求,建模精度高、数值计算收敛速度快且直曲梁通用.同时所求参数化曲率解与坐标系无关,具有丰富的几何和力学意义,既能实现刚体位移和柔体变形的统一建模,又能高效呈现细长梁大挠度弯曲复杂、丰富的变形信息.通过多个算例的建模分析,数值计算结果充分证明了本文方法的有效性和优越性.     

面向产品可持续性的公差设计决策模型研究

产品的设计、制造、使用和终端处理过程涵盖了设计决策、加工制造、消费者满意度等多个元素。为了揭示公差相关设计决策如何影响这些元素和产品的可持续性,使设计者从产品生命周期的角度做出合理的设计决策,提出了一种面向产品可持续性的公差设计决策模型,以有向图的形式展现出各元素对产品可持续性的影响,并用"+""-"分别表示元素间的促进与约束关系,揭示了其中的反馈作用和权衡问题。将此决策模型应用于曲轴设计的实例中,证实了该模型的实用性,并提出了对曲轴的经济影响、环境影响和社会影响进行量化的数学模型,从而证实了通过公差的优化设计能够改善产品的可持续性。     

面向非常规突发事件的区域物流配送网络体系设计

通过对非常规突发事件发生前后的区域物流配送网络形态及特征分析,揭示了面向应急状态的区域物流配送网络规划设计的要点。在此基础上,基于全过程管理的理念,提出应急物流配送网络体系设计由应急物流配送网络的规划、建设、运营管理三个阶段构成,并对各个阶段的工作内容及重点方法进行了分析。最后,以成都市为例,分析了成都市应急物流网络设计的关注要点,验证了体系设计方法的有效性。     

多天线放大转发中继系统基于MMSE的重传预编码设计

针对多天线放大转发中继系统,本文提出了一种基于MMSE的新的重传预编码方案,把重传预编码设计问题分解成两个子问题:离散的信道配对和连续的联合源、中继功率分配问题.最优的信道配对需要遍历所有信道配对方式,对于每一种配对方式,联合源、中继功率分配问题是一个多参数非凸的优化问题,本文提出了一种获得该问题最优解的算法和一种次优迭代功率分配算法,此种通过遍历信道配对获得最优重传预编码的方案计算复杂度较高.本文证明了在一跳信道信噪比趋于无穷时,最优的信道配对是使之前的子信道增益和当前另一跳信道奇异值大小排列顺序相反,进而提出了一种简化的信道配对方法.仿真结果表明,简化的信道配对和迭代功率分配算法性能均接近最优.本文所提出的重传预编码与已有的预编码相比,能获得明显性能提升.     

基于变密度法的水声隔声超材料拓扑逆向设计

低声阻抗超材料在水下环境中可以被视为声学软边界,并且在水声隔声方面具有重要应用前景.然而,设计出能够有效阻隔低频水声声波(<1000 Hz)的低声阻抗超材料仍然面临挑战.本文基于变密度法,对具有90°旋转对称性的低声阻抗超材料开展拓扑逆向设计,得到了一类具有中心四边形框架附着变截面韧带拓扑特征的声学超材料,其声阻抗只有水的1/40～1/30.有限元仿真揭示了超材料在薄厚度约束下(41 mm)能够在200～1000 Hz低频宽带范围内实现高效的水声隔声,平均隔声量大于19 dB.进一步等效参数分析发现,通过改变超材料方位角,能够产生纵波速度远小于横波速度的新颖物理现象.慢纵波速度使得超材料获得更低的等效声阻抗,从而进一步实现低频宽带水声隔声性能.本文的工作有望为低频宽带水声隔声超材料设计提供一种新的思路.     

凸轮机构与伺服控制系统的集成设计

提出凸轮机构与伺服控制系统的集成设计理论,其基本思想是以微机控制的伺服马达改变凸轮的输入转速函数来改善从动系统的运动学及动力学特性,其核心在于利用伺服控制系统的柔性来弥补刚性凸轮机构的不足,以期获得具有超等品质的机械,提出凸轮－伺服系统的系统设计准则,并应用最优控制理论提出改善从动亻运动学特性以及抑制从动系统振动响应的凸轮转速函数的设计方法,从而建立起凸轮机构与伺服控制系统集成设计理论的基本框架。     

有色金属物性数据库面向服务的体系结构研究与设计

本文在分析目前流行的两层、三层网络数据库体系结构存在的问题的基础上,根据有色金属物性数据库的特点,提出一种基于SOA、多层、分布式体系结构应用开发模型.该模型着重解决以下几个方面的问题：利用软件开发新技术,提出了基于RIA的有色金属物性数据库客户端实现方式,吸取了＂胖客户端＂和＂度客户端＂的优点,解决了传统客户端部署或动态图形绘制等方面的问题 在模型中,增加了服务层,实现了系统服务的对外发布.解决了异构平台、跨系统的业务集成和重组 采用了服务器集群技术,动态的实现了负载均衡,优化了系统性能 改进了数据访问层,增加了O/R映射,屏蔽了下层数据库的细节信息,使系统能够架构在多种类型的数据库上,提高了系统的灵活性.     

2．4-6．0GHz超宽带低噪声放大器的设计

采用标准0．5μmGaAsPHEMT工艺设计了工作频段在2．4—6GHz可应用于无线局域网（WLAN）和超宽带（UWB）接收机的超宽带低噪声放大器。从宽带电路的选择、高频电路设计的器件选择和电路结构的选择等方面讨论了如何进行超宽带低噪声放大器的设计。结果表明,通过合适的电路结构和器件参数选择,可以采用0．5μmGaAsPHEMT工艺制备满足超宽带系统要求的低噪声放大器。在UWB3．1～5．15GHz低频带内,该LNA增益20．8～21．6dB,噪声系数低于0．9～1．1dB,输入输出驻波比均小于一10dB。在2．4～3GHz频带（涵盖802．11b／g的使用范围）内,该LNA增益20．8～21．5dB,噪声系数低于2dB,输入输出驻波比均小于-10dB。在频带5．2—6GHz,该LNA的噪声系数增大到1．332dB。增益则从21．4dB下降到19．7dB。电路的工作电压为3．3V。     

面向DEMs测量的InSAR系统伴星编队设计优化

为获得高精度的全球数字高程模型（DEMs）的测量,须对主星带伴星编队的干涉合成孔径雷达（InSAR）系统进行设计和优化.首先利用“有效覆盖”的概念,得出了满足全球一重瞬时寻访有效覆盖的伴星编队轨道与构形的约束条件;提出一种新的满足覆盖要求的编队构形调整与控制方法;归纳出满足InSAR系统设计和优化的数学模型,进一步把“对称”的概念引入设计和优化模型,简化了模型求解;最后,给出系统设计和优化的逻辑结构图,并针对三星对称构形的伴星编队进行了设计和优化,结果表明具有可行性.     

面向数据驱动材料设计的专用数据库及信息管理系统

随着材料设计逐渐向"数据驱动"的方向发展,数据集的规模和质量实际上成为各类智能算法发挥效益的瓶颈.文献报道或尚未公布的海量实验数据是构建高质量数据集的宝库,但长期以来缺乏用于存储、整理、产生有关数据集的专门数据库或数据管理系统.本文以高温永磁合金代表体系Sm-Co基多元合金为例,介绍了本课题组构建的集成数据采集、数据标注、数据抽取与转换的一体化智能数据库及其管理系统.对材料的元素成分、物相组成、晶体结构、制备工艺、性能及其测试方法等各方面的数据建立了关系模型,实现了相关数据的逻辑关联并高度结构化,从而可根据具体的材料设计需求检索出高质量的数据集.建立的信息管理系统可实现多用户在线标注数据,具有数据录入准确高效、数据统一规范、最大程度消除冗余信息等特点.应用实践表明,建立的专用数据库及信息管理系统在数据驱动材料设计研究领域可发挥重要作用.     

基于MATLAB的液压支架四连杆机构的设计计算

液压支架四连杆机构的几何特征直接影响支架的工作性能和承受的附加力,是掩护式支架和支撑掩护式支架的最重要部件之一。在对四连杆机构进行简化、建模的基础上,采用MATLAB软件分析四连杆机构的几何尺寸对支架受力的影响。进而优化各几何尺寸,使支架受力合理、工作可靠。对液压支架的研制和改进提供了参考。     

面向工业互联网的异构时间敏感数据流协同传输机制设计

工业互联网需要实现IT (information technology)和OT (operation technology)的融合,现场级工业网络的构建是真正实现从OT到IT产线数据无缝接入、从IT到OT实现产线智能运维的关键.对于OT来说,工业系统中的数据具有高度的时间敏感特性,感知数据和控制指令在时间上的确定性传输...     

高超声速飞行器面向控制一体化迭代设计的参数化模型

针对高超声速飞行器复杂的运行环境以及强耦合的动力学特性,提出了一种适合控制一体化迭代设计的参数化模型.首先,讨论高超声速飞行器控制一体化迭代设计的必要性和研究现状.然后,采用二次曲线和状态类型函数法将典型的高超声速乘波体外形进行几何参数化.接着,基于面元法结合工程估算公式获取高超声速飞行器力和力矩,构建参数化的非线性动力学模型.进而,采用灵敏度分析策略得到力和力矩的解析表达式,将复杂的非线性动力学模型简化成适合迭代设计的仿真模型.最后,通过仿真实例验证了本文所提方法的可行性,结果表明所发展的参数化模型能够满足高超声速飞行器控制一体化迭代设计的需要.