摘要：提出了一种拉伸-扭转耦合变形的新型力学超结构,该结构可在轴向拉伸的同时显著提升其截面扭转能力。针对这种简单构型的力学超材料胞元结构进行了建模,并通过胞元堆叠的方式设计了具有拉伸-扭转耦合变形能力的宏观梁结构。通过有限元分析方法研究了胞元的拉伸刚度和拉伸-剪切变形耦合特性,验证了宏观梁结构的变形性能并分析了相关参数,采用激光选区烧结(SLS)技术制备样品进行了实验验证。结果显示:四胞元悬臂梁的扭转角明显大于双胞元悬臂梁,在46.69 N拉力作用下,它们分别产生了0.667°和0.479°的扭转角,与有限元分析结果具有较好的一致性。此外,相比于双胞元悬臂梁,四胞元组合堆叠悬臂梁在质量上仅增加了2.77%,但耦合系数却增大了42.97%,这表明四胞元堆叠悬臂梁具有更优的拉伸-扭转耦合特性。宏观梁结构中的扭转变形近似成线性累积,可通过增加胞元组合的堆叠次数增大其扭转角。

摘要：提出一种考虑航天器姿态约束的协同势函数设计方法,在姿态全局收敛的同时,保证姿态在机动过程中始终满足姿态约束.首先,建立航天器姿态指向约束模型,并针对每一个指向约束设计软约束区域;然后,基于“角度扰动”方法设计协同势函数族;接着,通过设计协同势函数族内函数切换规律,在软约束区域内构建满足姿态约束的势函数,并给出区域内势函数临界点分布的调整方法;最后,将所得的势函数用于航天器的避障控制,以比例-微分控制为例,通过数值仿真,验证该方法的有效性.

摘要：针对可重构智能反射表面(RIS)辅助多输入多输出(MIMO)非正交多址接入(NOMA)下行传输系统,该文提出利用统计信道状态信息(CSI)的基站发送协方差矩阵与RIS相移矩阵设计方法。首先,在莱斯空间相关信道假设下,利用大维随机矩阵理论,推导了RIS辅助MIMO NOMA系统遍历和速率的确定性表达式;然后,在弱用户速率约束与发送功率受限的条件下,通过最大化确定性大系统近似和速率,利用统计CSI,分别设计了强、弱用户的次优发送协方差矩阵和RIS的相移矩阵。仿真结果表明,所推导的近似表达式具有很好的近似效果,所设计的发送协方差矩阵和相移矩阵能显著提升系统的和速率。

摘要：4D打印是一种新兴技术,旨在赋予增材制造所得的物体随时间变化形状或功能的能力,由于其可以将平面前驱图案转换为具有复杂几何形状的3D结构,4D打印为制造领域提供了一种灵活高效的制造方式。4D打印中前驱结构的设计是影响形状转换效果的关键因素之一,本文从前驱结构设计的角度,对基于应变失配原理驱动变形下4D打印的发展进行综述。首先对4D打印的研究现状作了简要概述,再从不同维度下的前驱结构展开,对结构设计相关的研究进行分类,全面梳理了不同维度前驱结构驱动下的4D打印。同时,对于前驱结构的设计,讨论了几种辅助设计方法,有预测变形的理论计算模型和仿真分析及可用来相对精确设计前驱结构的逆向设计工具。最后,对4D打印的应用前景及面临的挑战进行了总结和展望。

摘要：高效的网格变形方法可以大幅提高流固耦合数值模拟、基于高精度计算流体动力学(CFD)分析的气动外形优化设计等问题的计算效率。常规的基于径向基函数(RBF)的网格变形方法在变形控制点增多时,会引起网格变形计算量激增,而采用减少变形控制点的方法减小计算量,会带来拟合精度的损失。针对已有RBF网格变形方法计算效率与计算精度不能两全的现状,提出了一种空间嵌套径向基函数模型(SN-RBF),发展了基于SN-RBF模型的高效网格变形方法,在保证网格变形精度的同时大幅度提高了网格变形效率。发展的SN-RBF模型采用多个物理空间相互重叠的子模型代替样本点较多的径向基函数模型,大幅度缩短了径向基函数法网格变形的建模时间。鉴于其便于并行的优良特性,还发展了基于该网格变形方法的并行建模方法与并行网格变形方法,使得网格变形效率得到进一步提升。测试算例表明,建模样本点越多,网格变形效率提升越显著。其中CRM翼身组合体算例,建模效率提升高达16947倍,网格变形效率提升高达5218倍。

摘要：RC框架结构在地震作用下多出现局部楼层损伤明显或抗力不足问题,通过对抗侧力构件性能的合理优化可实现各楼层损伤程度相近的设计效果,消除薄弱层,达到更为理想的均匀损伤分布模式。提出RC框架结构的均匀损伤设计方法,以各楼层损伤指数相等或相近为优化目标,各层框架柱配筋率为优化变量,通过智能算法与有限元平台协同计算技术,实现RC框架结构均匀损伤优化设计,并采用弹塑性时程分析和IDA方法对优化效果进行验证分析。结果表明,通过智能算法优化框架柱配筋方案可以有效调控结构各层损伤程度,不同地震波作用下结构最优配筋率分布是不完全相同的,并且框架柱的最优配筋率分布也未呈现明显的统计规律,但将不同地震波下优化结果的均值作为框架柱配筋方案可以提高结构抗震能力,该优化方法合理有效。

摘要：针对物联网传感器难以同时满足高分辨率与低功耗的瓶颈问题,本文设计了一种伪三阶离散时间delta-sigma调制器.该架构将一阶无源噪声整形SAR(Successive Approximation Register)量化器嵌入传统二阶delta-sigma调制器以实现更强的噪声整形能力.本文设计允许系统在更低的过采样率(Over Sampling Ratio,OSR)下获取更高的峰值SQNR(Signal-to-Quantizing Noise Ratio),有效缓解了系统精度和功耗之间的设计矛盾,并且减少了有源积分器的使用.针对传统有源加法器高功耗和无源加法器存在衰减不确定性的问题,本文提出了一种新型前馈求和量化电路,它具有对衰减不敏感的优势并且降低了第二级有源积分器的驱动压力,这进一步降低了系统的功耗.本文提出的delta-sigma调制器采用180 nm CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)工艺制造并测试.在电源电压1.4 V下,芯片测试功耗为47.2μW.在带宽为8 kHz的测试条件下,调制器的DR(Dynamic Range)、峰值SNDR(Signal-to-Noise and Distortion Ratio)和SFDR(Spurious-Free Dynamic Range)分别为97.2 dB,96.6 dB和114.4 dB.因此,Schreier和Walden的SNDR FoM(Figure of Merit)优值达到了178.9 dB和0.053 pJ/step.本文提出的伪三阶delta-sigma调制器在功耗和分辨率之间实现了较好的权衡,为物联网领域的低功耗高分辨率调制器设计提供了较好的解决方案.

摘要：惯性平台系统温度过高和剧烈变化是影响惯性导航系统导航精度的重要因素。为提升惯性平台系统的散热能力,提出了基于微型槽和充氦气的改进散热方法,并对散热效果进行分析。以某平台系统结构为对象,根据惯性平台系统传热机理,分析了当前惯性平台散热能力较差的原因。针对微型槽增大面积、填充氦气等散热方法开展数值仿真分析,并通过缩比样件的散热实验进行验证。实验结果表明,在强迫对流的基础上将两种方法结合使用,可使平台温度较改进前降低9.7℃,有效证明了两种散热方法的可行性及散热效果,为后续惯性平台系统的热设计提供指导。

摘要：针对水下无线通信高速率、远距离、低成本和小型化设备的实用需求,本文设计研制了一种高鲁棒性的基于现场可编程门阵列(FPGA)和大功率LED阵列的小型化水下无线光通信系统。其光发射机的光源采用45 W大功率LED阵列,基于FPGA实现高阶调制与编码,并设计了准直光学发射天线有效减少光束发散角,大幅度延长了传输距离。在光接收端,设计了一种基于3 mm大孔径雪崩光电二极管(APD)的自动增益控制放大和FPGA解调与信号处理的光接收机,降低了光通信系统对准的严苛要求。该系统可实现30 Mbps开关键控(OOK)信号和正交幅度调制(QAM)信号(16QAM信号)的12 m水下信道实时传输,二者的误码率(BER)分别为2.467×10^(-4)和3.467×10^(-3)。此外,该系统还实现了22 Mbps的非归零(NRZ)-OOK整形信号12 m水下+30 m空气的跨介质传输(总长度为42 m),BER为3.619×10^(-4)。最后,实现了12 m水下信道中接收机偏离主光轴40°之内22 Mbps OOK信号的有效接收,提高了系统的鲁棒性。

摘要：自卫式干扰机发射的瞄准干扰使多种基于信号处理的被动干扰抑制方法失效,对现代雷达产生了严重威胁,频率捷变作为一种主动对抗方式为对抗瞄准干扰提供了可能。针对传统随机跳频抗干扰性能不稳定、频点选取自由度有限、策略学习所需时间长等问题,该文面向频率捷变雷达,提出了一种快速自适应跳频策略学习方法。首先设计了一种频点可重复选取的频率捷变波形,为最优解提供了更多选择。在此基础上,通过利用雷达与干扰机持续对抗收集到的数据,基于深度强化学习的探索与反馈机制,不断优化频点选取策略。具体来说,通过将上一时刻雷达频点及当前时刻感知到的干扰频点作为强化学习输入,神经网络智能选取当前时刻各子脉冲频点,并根据目标检测结果以及信干噪比两方面评价抗干扰效能,从而优化策略直至最优。从提高最优策略收敛速度出发,设计的输入状态不依赖历史时间步、引入贪婪策略平衡搜索-利用机制、配合信干噪比提高奖励差异。多组仿真实验结果表明,所提方法能够收敛到最优策略且具备较高的收敛效率。