摘要：唐纳德·舍恩是20世纪的美国哲学家,他以实验的方法做思辨的学问,设计理论在其所有理论成就中居于中轴的位置。隐喻、行动、组织学习的研究是其设计理论的先导,寻找所有实践的共通结构,构建“实践认识论”,改革大学之教育,是其设计理论的目标。为此,他用“反映”与“设计世界”的概念将杜威以科学为中心的探究理论改造成建构主义的版本,形成了“与情境进行反映性对话”与“设计世界”的理解。在此基础上,他又解释了以类型为单元的“设计世界”构成,以及从类型衍生出来的设计推理,来回应计算机与人工智能的挑战,同时标示出设计研究应然的发展方向。

摘要：点阵结构因其比强度高、比刚度高,减振降噪性好和隔热吸能能力强等特点,已被广泛应用于航空航天和交通运输等领域主承力零部件设计.但现有的点阵结构设计大都基于等截面假设开展,严重制约了材料分布优化的寻优空间,无法满足质量敏感领域极致轻量化设计的迫切需求.而目前关于变截面点阵结构设计的研究大都基于实验的“试错式”经验调配模式,其相应的理论设计方法尚不完善.文章基于灰狼智能优化算法,提出了一种高效的变截面点阵结构设计方法.首先,基于水平集函数构建变截面点阵的显式几何描述模型,以实现变截面点阵几何形状的自由描述;其次,采用能量均匀化方法预测变截面点阵单胞的宏观等效力学属性,建立宏观点阵结构与变截面单胞构型间的内在联系;然后,以变截面点阵的几何描述参数为设计变量,材料用量为约束条件,最小化柔度为目标函数,构建变截面点阵优化数学模型,并采用灰狼优化算法实现上述模型的高效求解,得到性能优化的变截面点阵结构;最后,通过二维和三维数值算例和仿真分析共同验证了所提方法的正确性和有效性,并与相同条件下等截面点阵结构的承载能力进行了比较.结果表明:优化后变截面点阵结构的柔度相较于相同条件下的等截面点阵结构可降低30%以上,具有更优异的承载能力.研究结果丰富了变截面点阵结构设计理论,在高端装备极致轻量化设计领域具有重要应用前景.

摘要：拓扑优化的迭代过程涉及大量有限元分析与灵敏度更新步骤,且随着划分网格数目的增加,其优化过程将耗费大量的计算成本。利用深度学习方法,通过建立低分辨率中间构型与高分辨率拓扑结构之间的映射关系,可实现结构的跨分辨率拓扑优化设计,从而大幅提高其计算效率。该文基于两种不同的生成对抗网络,构建了可实现跨分辨率预测的拓扑优化方法,并将其扩展至三维结构的优化预测。首先,以柔顺度最小化为目标函数,利用各向同性材料惩罚法生成不同载荷条件、初始位移和体积分数下的优化结构数据集;然后,分别利用Pix2pix和Esrgan网络解决其跨分辨率预测问题,其中对于Pix2pix网络,使用了残差模块代替其生成器内部的卷积模块,以增强网络对低层信息的复用;最后,通过二维和三维算例验证了所提方法的有效性,并与现有基于CGAN(conditional generative adversarial network)网络的方法进行了比较研究。结果表明,综合考虑计算精度和计算效率,基于Esrgan网络的方法表现更优,最适合应用于跨分辨率拓扑优化设计。

摘要：拓扑优化作为一种先进的结构优化方法,其本质是在给定载荷和边界条件下通过寻求设计域内材料的最优分布形式而获得性能最优的结构拓扑形式。近年来,随着优化算法和计算机科学的不断发展,结构拓扑优化在航空航天、汽车、船舶等运载工程有广泛的应用前景。基于理论研究层面,探讨离散体和连续体结构拓扑优化方法及其特点。针对拓扑优化在航空航天、汽车、船舶等运载工程的具体应用,指出结构拓扑优化存在的缺点及其推广所面临的挑战。同时,探讨国内外拓扑优化工业软件开发应用的研究现状和发展趋势。目前,拓扑优化面临的主要问题是在处理大规模运载工程结构优化的迭代中,需要进行多次有限元分析,增加计算空间和时间的复杂度。针对此情况介绍以等几何分析及机器学习为代表的新学科方向,以改善拓扑优化设计的不足,从而缩短运载装备的设计周期,并对未来的研究趋势进行初步探讨。

摘要：多孔微结构材料以其质量轻、比刚度/比强度高、抗冲击等优异力学性能,被广泛应用于航空航天等工程领域。相比单一材料设计,多材料设计可获得力学性能更优的微结构拓扑构型。拓扑优化是实现多材料布局设计的有效方法之一。通过构建基于差集的多材料水平集描述模型和交替活动相算法,提出了基于参数化水平集的多材料微结构拓扑优化设计方法。首先,构建了基于差集的多材料水平集描述模型,利用N个水平集函数实现N+1相材料拓扑的精确描述。然后,引入交替活动相算法,将原始N+1相多材料优化问题分解为N(N+1)/2个双相材料优化子问题,以减少设计变量与约束条件,提高计算效率。最后,采用均匀化方法计算多材料微结构的等效弹性张量,以宏观结构柔度最小化为优化目标,各相材料用量为约束条件,构建多材料微结构拓扑优化模型,并利用优化准则法实现上述优化模型的高效求解。数值算例结果表明,所提方法可有效实现多材料微结构的拓扑优化设计,所设计微结构均具有光滑的结构边界和清晰的材料界面。

摘要：针对机床刀具库对装刀直径的限制,通过合理设计三面刃大直径刀具外型、刀具直径和刀齿数,可以实现大直径刀具的安装及自动换刀,解决了部分机床刀具库对刀具直径的限制,有效扩展了机床加工范围,解决了客户在零件加工时受到的机床制约。

摘要：微纳聚合体航天器是一种以机械或电磁锁紧机构实现各模块化基本单元航天器连接的新型航天器架构,可以灵活实现在轨组装与自重构以满足不同任务需求。但是,基于传统电连接器的电气互联方式无法适应模块化航天器间灵活交汇对接与快速分离需求。针对上述问题,文章建立了基于感应耦合式双向无线能量传输的微纳聚合体航天器电源系统架构,根据地面演示验证需求分别设计了能源核航天器和载荷任务航天器电源系统参数,然后根据各模块化航天器间非接触供电需求,设计了双向无线能量传输单元参数,最后通过地面演示试验验证了基于双向无线能量传输的微纳聚合体航天器电源系统架构可行性,单级无线能量传输功率在20W~30W时传输效率稳定在75.8%以上,通过效率优化提升至95%以上,将可实现四个基本单元航天器的多级功率传输。

摘要：絮状玄武岩纤维作为一种高性能的新型矿物纤维,与沥青混合料具有很高的相容性。为研究絮状玄武岩纤维对沥青混合料路用性能的改善效果,首先分析了絮状玄武岩纤维的技术指标,其次开展絮状玄武岩纤维沥青混合料的配合比试验,最后评价了絮状玄武岩纤维沥青混合料试验路的铺筑效果。结果表明,絮状玄武岩纤维沥青混合料的体积参数满足技术要求,具有优异的高温稳定性,依托宁连一级公路养护工程,铺筑的絮状玄武岩纤维SMA-13试验路取得了较好的应用效果。

摘要：桁架类点阵结构具有质量轻、比强度/比刚度高、减振吸能性好,且拓扑构型简单、增材成型可靠性高等优点,被广泛应用于航天器各关键承载部件设计。传统桁架类点阵设计大多囿于等截面设计约束,严重制约了优化设计的寻优潜能,难以满足航天器结构超轻质、高强度的性能要求。为突破传统点阵的等截面形状约束,构建基于显式拓扑描述函数的变截面几何描述模型,实现变截面点阵几何形状的自由描述;采用能量均匀化方法精确计算变截面点阵单胞宏观等效弹性张量,并建立变截面点阵几何描述参数关于其宏观等效弹性张量的近似响应模型;以变截面点阵的几何描述参数为设计变量,材料用量为约束条件,最大体积模量或最大剪切模量为目标函数,建立变截面点阵几何描述参数的优化数学模型,并采用基于近似模型辅助的粒子群优化算法实现上述优化模型的高效求解。数值算例表明,相较于等截面点阵,在相同材料用量下,优化后的变截面点阵的体积模量和剪切模量性能更优。所提方法进一步拓展了桁架类点阵的设计空间,有效提升其力学性能,在航天器结构轻量化设计方面具有应用推广前景。

摘要：时域响应灵敏度分析是时域梯度优化算法的基础.灵敏度分析通常只涉及对设计变量的微分运算,但时域响应灵敏度问题还涉及时间域的离散化.因此,微分和离散的先后顺序可能对时域响应灵敏度结果产生影响.针对黏性阻尼系统时域响应灵敏度求解问题,基于改进精细积分方法,分别推导了先微分后离散和先离散后微分两种伴随变量方法.其中,先微分后离散法首先对由伴随变量构造的增广函数微分,再利用改进精细积分方法在各离散时间点求解时域响应灵敏度;而先离散后微分方法则首先在各离散时间点引入残值方程构造增广函数,再对各增广函数进行微分以求解时域响应灵敏度.通过数值算例验证了所提出方法的有效性和准确性,并与传统基于Newmark的方法进行比较.结果表明,积分方案、数值离散误差以及离散和微分的先后顺序共同影响灵敏度的一致性误差.综合考虑精度、效率和一致性问题,基于改进精细积分的先微分后离散伴随变量法表现更优,最适合应用于黏性阻尼系统时域梯度优化算法.