摘要：针对当前压铸机合模机构中模板质量大、成本高的问题,结合工程实际应用情况,采用基于变密度法的结构拓扑优化和尺寸优化联合设计方案,应用Optisruct软件分别对定模板、尾板和动模板进行了优化,建立了相应的拓扑优化设计模型,定义了优化目标函数和约束函数,研究了约束体积分数和惩罚因子对拓扑优化结果的影响。通过与优化前的模板结构进行比较,3大模板的总质量由74.68 t减少为66.35 t,减重率达11.5%,且应力分布更加均匀。

摘要：提出了一种大功率半导体激光器光谱合束光栅仿真模型。该模型针对光谱合束中的核心器件光栅的光-热-应力变化特性进行了分析。数值分析结果表明,当激光巴条功率为200 W,自然对流系数为10 W·(m^(2)·K)^(−1)时,衍射光栅上温度最高点可升高至346.52 K,应力最高点可升高至0.4825 Pa,光栅表面变量最高为52.28 nm/mm,这将会使得反馈光束中心位置发生0.25~0.3 mm的偏移,从而影响激光功率以及合束效率。减少衍射光栅基底厚度,在相同激光光源条件下工作,温度、应力、面形以及应变的变化均能有效抑制,这与实验结果具有较高的一致性。该方法为大功率半导体激光器的结构设计和光学器件的测试分析提供了有效的多物理场分析,为激光器设计和测试提供了综合分析数值模型。

摘要：针对电主轴冷却结构设计中,热源部位的冷却流道之间,不同连接形式冷却效果不同的问题,对冷却流量、流道进\出口压差及温差进行了深入研究。首先,计算了在常用切削工况下,车床电主轴及高速加工中心电主轴各热源部位的发热量;然后,基于经典流体力学理论,设计了流量压差实验,获得了冷却机流量压力输出特性曲线,并进一步计算了主轴与冷却机之间PVC软管沿程阻力系数、沿程压力损失、接头直径转换时的局部压力损失;接着,建立了电主轴整机流固耦合仿真模型,获取了冷却流道并\串联2种方式下不同流量的主轴进\出口压力差值,结合实验得到了冷却流道并\串联2种方式下实际的冷却流量值;最后,将实际的冷却流量值纳入了电主轴整机流固耦合仿真模型,仿真计算并提取了主轴进\出口温差,利用表征冷却效果的经验公式,计算并判断了冷却流道并\串联2种方式下的冷却效果。研究结果表明:主轴冷却流道之间采用串联方式优于并联,原因是轴承部位流道结构简单,总流量上串联与并联差异不大,在电机部位吸收的热量与并联方式的差距较小;同时,因轴承发热量较小,2种方式下轴承冷却流道出口部位温度差异较小,流道串联时流经轴承的流量相对高于并联,因此吸收的热量高于并联。高速电主轴冷却流道采用并联方式优于串联方式,原因是轴承部位流道结构复杂,总流量上并联方式明显高于串联;因轴承发热量大,并联方式下前轴承与电机部位流道出口温度明显高于串联方式,因而并联方式能吸收更多的热量,冷却效果更好。

摘要：星地量子通信传输距离长,卫星与地面存在相对运动,提高了对量子跟踪仪的跟踪性能要求。为了提高星地量子通信的跟踪精度,降低量子通信的误码率,本文对量子跟踪仪的跟瞄控制系统展开研究,并对影响跟踪精度的总扰动进行补偿。首先,介绍了星地量子通信链路、量子通信过程及其影响因素。接着,搭建了量子跟踪仪的运动数学模型。基于跟踪仪的数学模型,设计并提出自抗扰模型预测控制算法;针对模式切换问题,提出了分数阶跟踪微分器以优化轨迹减小超调。根据与“墨子号”卫星进行量子通信的实验结果:分数阶跟踪微分器对模式切换后的目标捕获速度提高了22%,提出的自抗扰模型预测控制相比于传统的PI控制有更强的抗扰动能力,削弱了俯仰换向的脱靶量尖峰,跟踪精度达到2.9″,提高了量子偏振数据接收量,总误码率降低到1.18%。本文提出的控制算法能够进一步提高量子跟踪仪的跟踪精度,降低了误码率,满足星地量子通信的精度要求。

摘要：针对电池储能系统中的能量管理问题,提出基于输入输出数据的无模型自适应积分滑模控制策略。首先设计自适应观测器对动态线性化方法中的伪偏导数进行估计,然后构造离散系统下的积分滑模面,设计反馈控制律和等效控制以跟踪期望输出功率。为了解决控制系统中的积分饱和与执行器饱和问题,在抗饱和控制算法中增加补偿信号,并对控制算法的稳定性进行了证明。最后通过仿真以及与无模型自适应控制策略对比,验证了控制方法在非线性离散系统上的有效性和优越性。

摘要：相比于2D细胞模型和动物模型,类器官更能够重现来源器官的关键结构和功能特征,在生物医学领域得到了广泛的研究和运用。类器官芯片结合了类器官培养腔、微流控等多种功能单元,不仅可以根据研究者对靶器官的认知来设计仿生结构,模拟人体靶器官的复杂性;而且能控制并检测类器官所处微环境的变化,具有高通量和高灵敏度的特点。对类器官芯片的组成元件以及类器官芯片在医学研究中的应用,包括生物发育模型及疾病模型构建、药物研发、免疫评价等方面进行概述,并根据类器官芯片在目前研究应用中的不足进行讨论及展望,旨在为研究疾病或生物发育机理以及临床前研究提供有力的策略。

摘要：研究基于传统FCN算法下的不同比例的多尺度特征融合对于复杂场景下道路提取准确度的提高.针对复杂的航拍道路场景,设计了针对于农田环境下的FROBIT农田道路数据集,并使用全卷积神经网络(FCN)对FROBIT农田道路数据集和Massachusetts城市道路数据集进行道路提取工作.本文基于传统的FCN的网络,对其反卷积方式进行改进,采用粒子群算法(PSO)设计了不同比例的多尺度特征融合.通过将本文提出的Multi-Scale FCN网络与传统的FCN神经网络在FROBIT数据集和Massachusetts道路数据集上进行对比实验,结果表明Multi-Scale FCN网络相比于传统的FCN神经网络在提取精度上得到了提高.

摘要：为研究夏热冬暖地区高密度城市中建筑外立面构件(遮阳板、翼墙和阳台等)对建筑室内外气流组织与室内自然通风的影响,采用计算流体力学数值模拟,通过改变来流风向(入射角度为0°和45°)、上游扰流建筑的高宽比以及垂直与水平外立面构件,建立了18个不同案例,模拟了不同位置房间室内自然通风换气次数效果.结果显示,当来流风向与建筑外窗法线方向成45°时,目标建筑所有房间均增加了换气次数.同时,外立面构件对室内自然通风效果的影响高度依赖于环境因素,包括近地面风向、目标建筑方位朝向和上游扰流建筑的高度比值,这些参数的相互作用影响了流场特性,改变了立面构件对目标建筑自然通风效率的影响效果.研究可为建筑立面优化设计提供借鉴.

摘要：为揭示离子基团结构及其分布对阴离子交换膜(AEM)扩散渗析行为的影响,设计并制备了3种侧链型离子结构和1种主链型离子结构的聚芳醚砜阴离子交换膜.对所制备的膜的结构以及基础性能、耐酸性、机械性能、扩散渗析性能等进行了系统表征,发现对称离子结构有利于提高膜的离子渗透选择性,且主链型对称离子结构有利于形成更为紧致的聚集态结构,进而增强离子渗透选择性.基础性能、耐酸性及机械性能测试结果表明,所制备的膜满足扩散渗析工艺的要求.模拟废酸扩散渗析实验结果表明,所制备的AEM的扩散渗析性能优于商业膜TWDDA1,尤其是主链型QMPAES膜的酸渗析系数达0.025m/h,分离因子达42.49,在废酸回收领域具有很好的应用前景.

摘要：针对无人驾驶电动方程式赛车极限工况下的路径规划问题,提出一种基于预测模型的无人赛车路径规划算法。通过目标函数设计将路径规划问题转化为最优化问题,并将车辆动力学预测模型作为等式约束,依据赛车的稳态行驶特性,构建赛车行驶稳定性组合约束,并综合考虑边界约束,生成满足赛车行驶要求的路径。在不同附着条件下进行了仿真测试,结果表明,在满足实时性要求的前提下,所提出的算法能够有效减小车辆前、后轴侧滑的风险,且在多项指标上优于RRT^(*)算法以及基于三次自然样条曲线的最优二次轨迹规划方法。