摘要：进行自主水下航行器(AUV)壳体优化设计时,传统壳体参数化方法变量少,导致在优化过程中不能充分探索壳体外形的变形空间,不利于求得满足性能要求的最优壳体外形。针对此问题,本文提出一种基于自由变形的AUV壳体优化设计方法。该方法基于B样条方法,建立AUV壳体的FFD参数化模型,可实现AUV壳体外形的自由变形,扩展优化空间;并针对FFD参数化模型易导致的优化设计变量多和计算量大的问题,提出一种全局参数化方法对FFD控制体进行间接变形操纵,在实现自由变形的前提下,大大减少参数化变量个数,提高优化效率。最后,分别使用传统优化设计方法和本文优化设计方法对一型AUV壳体进行优化设计,并对比分析所得的优化结果,验证了该方法的有效性。

摘要：随着全球能源需求增长和环境污染加剧,发展可持续能源减少对化石燃料(如石油、天然气和煤炭等)的消耗成为实现人类社会可持续发展的关键.氢能因其能量密度高、燃烧无污染、应用形式多样被认为是最理想的替代能源.电解水制氢包括阴极析氢反应(HER)和阳极析氧反应(OER),具有绿色环保、生产灵活和纯度高等特点,是理想的绿色生产技术之一.然而,阳极电解水产氧反应动力学缓慢,导致阴极的产氢效率低.此外,在电解水过程中,会产生高氧化性的过氧化氢(H_(2)O_(2)),降低电解水膜的寿命,阻碍电解水技术的实际应用.因此,亟待开发新型高效、稳定且具有高附加值的电解水催化剂.目前,电化学整体水分解(OWS)制氢技术存在安全风险、投资回报低、阳极OER动力学慢和电能消耗大等问题,将阳极氧化反应与混合电解水(HWE)装置中的HER相结合,借助热力学较好的电氧化反应取代缓慢的传统OER反应协同产氢,可以有效克服传统电解水的产率不足,解决污染排放和生物质回收问题.本文综述了协同电催化用于联产氢气和低能耗、高法拉第效率高价值产品的催化剂结构设计,揭示不同协同电催化系统的催化途径和意义,以实现更高效、零碳排放的目标.首先,介绍了HWE系统的发展现状,重点关注各种富氢物质的协同电解,例如酒精、生物质衍生物、葡萄糖和在阳极形成的高附加值化学品.与传统阳极OER工艺相比,有机/生物质底物小分子的OER表现出较低的热力学需求,降低产氢能耗.随后,详细介绍了基于阴极HER和阳极OER协同电解反应、协同催化HWE高效电极/电催化剂的合理设计,以实现高催化活性、高选择性和良好的电化学稳定性.重点讨论了新型电极/电催化剂设计、活性改进以及结构-催化活性关系提升的合成策略.再后,讨论了基于有机/生物质小分子协同HWE系统电催化的代表性研究进展和突破,强调了其在促进可持续低压制氢方面的重要作用,并回顾了近年来HWE的研究突破,同时,对一些可行性分析和机理探索进行比较,为制氢提供了新的研究方向.最后,提出了协同电催化制氢面临的挑战并展望未来的研究方向.综上,大多数电催化剂存在催化活性低、稳定性差等问题,要实现可持续、经济高效和清洁的产氢技术,仍有很多方面需要进一步的深入研究.本文综述了高效多功能HWE系统发展现状和催化剂结构设计,为电解水制氢和高附加值产品的节能联产提供一定的参考.

摘要：构造了一种圆柱形四通道非均匀迷宫结构,利用该结构设计的圆环型超构材料能够实现动态可调的定向声辐射.所构造的圆柱形非均匀迷宫结构具有偶极子共振特性,在偶极子共振频率附近,声波能够从两个占比较大的扇形通道开口向外辐射,此时的圆柱形非均匀迷宫结构可近似地看作一个偶极子源.当圆柱形非均匀迷宫结构围绕圆心进行旋转时,所形成的偶极子源的位置和向外辐射声波的方向也随之发生改变.将点声源放置在由18个非均匀迷宫结构组成的圆环型超构材料的中心,调节圆柱形非均匀迷宫结构的旋转角度,使各微结构处于导通或截止状态,从而控制点声源在各个方向上的传播特性,实现具有动态可调特性的定向声辐射.此外,研究了圆柱形非均匀迷宫结构旋转角度对透射声波的影响,探究了微结构的开关效应,为构造简易的声定向辐射设备提供了新思路.

摘要：针对内孤立波在传播过程中导致海面海水剧烈辐聚和突发性强流,会对海上油气平台、输油管道等海洋结构物造成严重威胁的问题,本文基于高质量的实测数据,通过内波动力模态分解以及Morison方程,研究了内孤立波对小直径圆形桩柱的作用力,包括总作用力、作用力随时间的变化、作用力沿水深的分布以及作用力分量的大小。研究结果表明,桩柱所受的总作用力以第1模态为主导;波谷达到时,对桩柱的作用力会达到最大值,并且作用力的大小都呈现出为先增大后减小的变化趋势;上、下2层流体的拖曳力方向相反,惯性力的方向也是相反的,而在同一层流体中,拖曳力和惯性力的方向也是相反的;在内孤立波经过时,Morison方程计算得到的惯性力没有明显的变化趋势,惯性力相比于拖曳力,惯性力量值小,对总作用力的影响也很小,基本可以忽略不计。本文的研究内容为海洋油气钻井平台的设计提供了参考。

摘要：为减少六极径向-轴向混合磁轴承(radial-axial hybrid magnetic bearing,RAHBM)高速下转子产生的损耗,提出了一种部分叠片的转子结构.首先,用等效磁路法推导了六极RAHMB的悬浮力数学模型,依据该模型设计磁轴承结构参数,对不同转子叠片深度下的铁损和悬浮力进行仿真分析,选择叠片深度最优值;然后,在有限元仿真软件中设定转子转速为50 000 r/min,向六极RAHMB分别施加径向和轴向最大控制电流,分析磁轴承产生最大承载力情况下实心转子与部分叠片转子的损耗;最后,对部分叠片转子在正弦扰动电流下的涡流损耗和磁滞损耗进行计算和仿真.研究结果表明:在产生最大承载力条件下,部分叠片转子结构能够将损耗降低69.7%,虽然轴向承载力减小了14.7%,但仍能够满足设计要求;部分叠片转子可将正弦扰动电流下铁损降低55.4%.

摘要：智能驾驶是典型的交叉型学科,涵盖人工智能及车辆工程等多学科知识体系。该文从智能驾驶导论课程特点出发,确立思政目标、挖掘思政元素、设计融入手段及维护机制,并探讨构建面向智能驾驶课程思政元素库方法,以期为高校智能驾驶新工科专业课程思政的推进提供参考和借鉴。

摘要：针对一类控制方向未知的非线性切换多智能体系统,本文研究了在不确定网络攻击下的安全控制问题.网络攻击破坏传感器真实数据,导致系统真实信息无法获取且不能直接用于控制设计.为此,通过受攻击状态构建一组新颖辅助变量来消除网络攻击造成的影响.此外,所研究的系统包含更一般的不确定性,即未知控制方向,未知常值参数以及不确定攻击.这些不确定性在设计过程中相互耦合.利用Nussbaum型函数并设计自适应律补偿耦合后的不确定性,极大降低了系统复杂性.通过系统性地迭代构造出共同Lyapunov函数,提出了一套安全自适应控制方法,保证了受攻击系统在任意切换下达到渐近输出一致性.最后,数值仿真验证了该方法的有效性.

摘要：弱光上转换是将低能量光子转换为高能量光子的过程,在三维荧光显微成像、太阳能电池、光催化等领域具有广泛的潜在应用,因而成为有机荧光材料领域的热点课题。目前基于三线态-三线态湮灭机制有机弱光上转换材料(TTA-UC)的研究已较为深入,有关发光机理及应用研究均有较多报道;然而针对另一种有机弱光上转换机理--基于单光子热带吸收的弱光上转换(OPA-UC)的研究目前还较为少见。氮杂蒽衍生物由于具有良好的结构刚性和平面性,高的荧光量子产率,是研究TTA-UC和OPA-UC两种有机上转换发光的理想模型分子结构。通过研究比较三种氮杂蒽衍生物:酚藏花红(PSF)、藏红T(SFT)、亚甲基紫(MTV)各自TTA-UC和OPA-UC的发光性能差异,分析探讨了分子结构对OPA-UC发光性能及TTA-UC敏化效率的构效关系。实验发现酚藏花红和藏红T由于具有较高的荧光量子产率,同时辐射衰减常数较大,其主要衰减过程为辐射衰减;而亚甲基紫具有较高的分子内电荷转移能力(ICT),因而非辐射衰减部分更多。研究三种分子的TTA-UC性能,发现亚甲基紫的三线态能级过低无法进行三线态-三线态能量转移过程,而藏红T由于拥有更高的三线态寿命而具有更高的上转换发光效率(9.69%),是酚藏花红体系(3.16%)的3倍。进一步研究酚藏花红和亚甲基紫的OPA-UC性能差异,发现相同浓度条件(10^(-3)mol·L^(-1))下亚甲基紫(0.12%)的OPA-UC发光效率相较于酚藏花红(0.059%)更高,且随着浓度的升高,亚甲基紫的OPA-UC发光增强效应更大。进一步研究表明,在TTA-UC发光过程中,敏化剂的敏化效率主要受分子三线态寿命以及系间窜跃能力影响,寿命越长,系间窜跃能力越强,敏化效率越高;而在OPA-UC发光过程中,湮灭剂分子的发光学率主要受ICT影响,ICT能力越大,分子发光效率越高。使用氮杂蒽分子廉价易得,对未来高性能TTA-UC和OPA-UC发光分子的设计具有一定的实际意义。

摘要：激光光束整形技术在现代激光工业领域具有重要作用,为了克服传统激光光束整形自由曲面构造中存在法向矢量偏差的局限性,文中提出一种正交双向迭代的自由曲面设计方法。该方法基于能量守恒和斯涅尔定律建立光源与目标面的能量映射关系,通过正交方向坐标点迭代获得自由曲面数据点,同时利用相邻坐标点的均值进行曲面法向矢量修正,从而提高自由曲面的构造精度。设计实例表明,准直入射的激光光束经自由曲面整形反射镜,在特定目标区域内可形成高均匀度光斑。进一步从自由曲面的连续性、拟合精度与面形误差三个方面,与传统设计方法进行了详细对比分析。结果表明,所提设计方法得到的激光光束整形自由曲面连续性与平滑度更好,拟合精度更高;且在加工误差允许范围内,目标面的辐照度均匀性更稳定。

摘要：同步提升强度与塑性是金属材料研究的不懈追求之一。近年来,异构设计通过调控力学性质存在显著差异的组元相的空间分布,突破了金属材料强度与塑性难兼得的瓶颈。异构变形诱导强化、应变分配、延迟颈缩、界面影响区等主流理论为异构金属材料设计提供了有力指导,上述理论均指出,在受载过程中,异构金属材料组元相的局域应力与局域应变存在独特特征,并伴随偏离经典理论预测的变形和断裂行为。本文综述了异构金属材料在早期变形阶段、塑性变形阶段和断裂阶段中局域应力和局域应变演化,归纳了异构金属材料中变形行为、断裂行为与局域应力、局域应变的交互关系及对力学性能的影响,为高性能异构金属材料的设计和研发提供新的思路。