摘要：超材料是一种人工合成材料,其结构经过精心设计和精密控制,表现出不同于自然材料的特殊性能,这些具有独特功能的超材料在光学、电磁学、声学、力学等领域具有重要的应用价值.然而,传统的超材料设计通常依赖于人工经验,导致设计周期长,缺乏灵活性和可调性,难以实现大规模快速设计与量产.高效设计与性能调控超材料已成为CAD、机械工程和材料科学的重要研究方向.近年来,随着人工智能算法的快速发展,智能算法在超材料设计领域中的应用越来越广泛,展现出高效优化、生成多样性结构、缩短设计周期等优势.文中对超材料的智能设计研究进展进行综述,首先介绍超材料的基本概念和发展历史;然后从实际需求出发,阐述了超材料的应用领域与设计问题;提出了智能算法的核心问题是数据的表示与数据集的构建,针对这2方面进行详细的阐述与对比分析;还介绍了智能优化算法的框架;最后总结超材料设计领域所面临的高质量数据集匮乏、多目标优化难题、高分辨率超材料的高效计算等挑战,并展望了该领域未来的发展趋势即面向多样化功能需求的“可表达”“可编辑”“可分析”“可优化”和“可制造”的研究.

摘要：密封垫是盾构隧道接缝防水的重点,但现有研究较少探讨其接触行为和接触特性。首先,本文基于薄膜压力传感器,构建了针对盾构隧道接缝处密封垫接触应力的精细化试验框架,探讨了无水压作用和有水压作用2种情形下密封垫接触面精确的力学响应;其次,基于三维管片接缝密封垫压缩数值模型和Hertz接触理论,分别从接触应力三维分布规律和平均接触应力2个方面验证闭合压缩试验的精度,获得了管片接缝密封垫压缩过程中接触面上的空间应力分布规律;最后,开展了接触面有水压作用的渐进渗漏试验,提出了能够表征渐进渗漏过程前后密封垫间接触应力变化的理论渗漏水压的概念,探明了理论渗漏水压沿密封垫宽度方向的变化规律。研究结果表明:密封垫-密封垫接触面的应力沿宽度方向呈波浪式变化,且在宽度方向上的两侧与中间取到较高值;密封垫-密封垫接触面平均接触应力随着微凸体所受载荷增大而呈指数关系递增;理论渗漏水压沿着渗漏方向总体上呈降低趋势,从侧面证实了密封垫表面会对渗漏水产生黏滞阻力的作用,以此产生压力差。

摘要：为了在设计阶段实现基于设计参数的多孔沥青混合料吸声性能预估,构建了基于微观结构的多孔沥青混合料吸声模型.依据声-电类比理论,计算了多孔沥青混合料吸声模型的声阻抗和吸声系数;运用图像处理技术及统计分析方法,得到了多孔沥青混合料"特征孔隙直径";依据多孔沥青混合料吸声模型微单元体中毛细管长度随圆球与毛细管截面直径比值的变化规律,得到了微单元体中毛细管的结构参数取值.结果表明:所构建的多孔沥青混合料吸声模型预测的给定声波频率下试件最大吸声系数及其对应频率与驻波管法实测值之间具有良好的相关性,验证了该模型在预测多孔沥青混合料吸声特性方面的准确性.

摘要：为解决传统螺栓连接钢管混凝土柱-钢梁节点构造复杂、承载力和刚度偏低的问题,设计了三个采用穿心螺栓的钢管混凝土柱-钢梁平齐式端板连接节点,并对其进行了中柱失效下的抗倒塌性能试验研究,分析了节点中抗弯机制和悬索机制的形成与发展,对节点的抗倒塌转动能力进行了评价以及等效动力分析,主要结论如下:采用穿心螺栓和平齐式端板的钢管混凝土柱-钢梁节点具有较好的抗倒塌能力,端板厚度和螺栓直径的匹配程度会影响抗弯机制和悬索机制的过渡。提出一种新的节点抗倒塌转动能力需求计算公式,可以较好体现节点细部构造对其转动性能的影响。DoD规范中给出的动力放大系数计算公式在抗弯机制下可以有效地体现节点的动力效应,但无法考虑悬索机制的影响。

摘要：基于电鳗发电机理,研究了利用四通道微流控喷头制备仿生离子凝胶电池的多材料打印方法。设计了具有阵列凹槽结构的柔性接收基底以保证凝胶电池颗粒的形态和相对位置,研究了凝胶电池单元的发电性能,发现电池单元大小对凝胶电池单元输出电压影响不大,而输出电压随着凝胶电池单元串联个数增加呈线性增长规律;基于此建立了凝胶电池单元尺寸为2.0 mm的大面积仿生离子凝胶电池的“S型”串联排布设计与多材料打印工艺方法,实现了127个凝胶电池单元的一体化打印与精确组装;研究了仿生离子凝胶电池的电压输出特性,发现制备的仿生离子凝胶电池输出的开路电压可达(10.53±1.11)V,连续放电6小时后电压衰减至初始电压的35.6%;验证了多材料打印的仿生离子凝胶电池用于驱动电致变形柔性(Ionic polymer-mental composite,IPMC)结构的可行性。该研究探索有望为电致动软体机器人领域的柔性仿生能源供给提供一种新策略。

摘要：为了规避敌方雷达对于己方战机的探测,该文提出一种战机发射射频掩护信号的方法。针对采用恒虚警类检测器(CFAR)算法的敌方雷达,己方目标发射的一定包络的掩护信号可以提升敌方噪声估计电平,达到使己方战机针对该雷达隐身的效果的同时,避免射频掩护电磁信号被敌方电子侦察设备截获,具体包括敌方雷达信号抵达目标时间估计,敌方探测能力评估,掩护噪声包络功率设计等步骤。基于单元平均恒虚警检测器(CA-CFRA),该文利用数值仿真分析了射频掩护包络和功率对掩护信号被截获概率及目标被探测概率的关系,表明该方法需要恰当的设计掩护包络和平衡信号功率达到更好的射频掩护效果。

摘要：为解决球形果实快速、稳定抓取问题,设计了一种主动式三指手爪。该手爪指部机构末端安装有球状主动滚轮,主动滚轮外附着柔性膜以增加手爪柔顺性与摩擦力。每个指部机构具有2个自由度,可实现手指开合以及主动滚轮旋转。工作时3根手指相互配合,在摩擦力作用下球果向手爪内部运动,可在仅接触球果条件下实现球果快速、稳定抓取,无需精确控制手爪位置和姿态。为阐述抓取过程中主动式手爪与球果的交互关系,推导了主动式手爪-球果交互模型。选取番茄、苹果以及橙子为典型球形抓取对象,开展了3款手爪(主动式手爪、鳍状软爪以及平行刚爪)的抓取试验。抓取试验结果表明,所设计主动式手爪平均首次抓取成功率为96.7%,平均抓取无损率为98.3%,平均任务时间为5.9 s,在抓取成功率、抓取质量以及抓取效率3方面均有较好表现,验证了该主动式手爪的有效性。

摘要：临近空间平台是一类新兴的空间平台,可用于局部区域的对地观测.本文针对飞艇的特性和用户需求的复杂性,设计了多飞艇多载荷协同对地观测和数据传输体系,考虑常规观测任务的调度,以及应急观测任务的重调度.基于图着色理论(graph coloring theory,GCT),构建多飞艇多载荷协同对地观测和数据传输调度模型.将多飞艇协同对地观测与数据传输任务、任务间的冲突、以及飞艇和地面站分别映射为无向图中的点、边和颜色,从而将问题构建为图着色问题(graph coloring problem,GCP),最大化完成任务总收益的优化目标转换为GCP中最大化着色点收益.提出一种文化基因算法(memetic algorithm,MA),设计基于收益改进的禁忌搜索(Tabu search,TS)算子更新染色体,和对父代染色体中最大收益的连续基因进行遗传的交叉策略.数值实验结果表明,针对不同规模的算例,相较于TS和ILOG CPLEX,MA能够在合理时间内获得更满意的解.

摘要：提出了一种可作为高光谱分辨率激光雷达(HSRL)光谱鉴频器的双波长视场展宽迈克耳孙干涉仪(FWMI)的设计方法。详细阐述了双波长FWMI的设计原理,权衡考虑色散对于鉴频性能的影响。通过双波长视场展宽设计实现折射率补偿,从而使FWMI在355 nm和532 nm均有较大的接收视场。给出适用于355 nm和532 nm的双波长FWMI设计的具体参数,并对其进行性能评估和容差分析。评估结果表明,双波长FWMI拥有超过6°的接收视场角,在两个波长均有较为优异、稳定的性能表现,对于加工和装配精度要求也并非苛刻。利用蒙特卡罗仿真对基于双波长FWMI的HSRL系统的光学参数的反演误差进行分析。分析结果表明,在532 nm,气溶胶后向散射系数和消光系数的反演误差分别为1.82%和11.39%,而在355 nm,二者分别为1.62%和2.95%。

摘要：杂交水稻分蘖能力强,产量高。为满足杂交水稻水田直播需求,该研究以3~5粒/穴为播种目标,设计了一种双腔气力式水稻精量直播机。介绍了双腔气力式水稻精量直播机主要工作部件结构,并对负压风力系统进行选型与设计。以杂交稻甬优4949为试验对象,以吸种负压与直播机前进速度为影响因素进行了田间试验。试验结果表明:当吸种负压为3.2 kPa、直播机前进速度为0.2~0.4 m/s时,10行排种器平均播种合格率(3~5粒/穴占比)为91.04%,0~2粒/穴占比2.23%,大于5粒/穴占比6.73%,各排种器之间的播种合格率变异系数为1.24%,满足杂交稻田间播种作业要求,为水田精量直播提供了参考依据。