摘要：具有远场超分辨聚焦特性、消色差、小尺寸和易加工的光学聚焦器件在光学成像、光学显微和光刻等领域具有巨大应用潜力.本文提出了一种基于光学超振荡基本原理,结合角谱衍射理论和二进制粒子群算法的二值振幅型远场超分辨消色差聚焦器件设计方法.为了验证所提出设计方法,首先针对波长λ_(1)=405 nm,λ_(2)=532 nm和λ_(3)=632.8 nm的径向偏振光对二值振幅型远场超分辨聚焦器件振幅进行优化设计,再对三者振幅分布进行逻辑“与”操作,使其同时含有3个工作波长远场超分辨聚焦的振幅分布信息.仿真结果表明:在3个波长入射条件下相应的峰值半高全宽分别为0.441λ_(1) (0.179μm),0.469λ_(2 )(0.249μm)和0.427λ_(3) (0.270μm),低于阿贝衍射极限,实现了远场超分辨消色差聚焦,且同时聚焦较小的旁瓣比率(<15%).此类器件具有易加工、消色差和超分辨等优点,适用于光学系统微型化、集成化.所提出的设计方法可拓展至其他光学波段,并为相关光学研究领域提供核心聚焦器件.

摘要：以TA15钛合金筋板特征构件为研究对象,首先,采用图像感知的实时监测方法,通过对图像进行捕捉获得任意时刻下的筋槽充填状态,并结合有限元模拟研究了筋槽中的材料流动及充填规律;其次,基于RSM-GA构建了双响应面回归模型,以此优化设计坯料尺寸参数,并利用GA优化算法开展智能决策;同时,建立不同坯料对筋槽充填的BP神经网络智能预测模型,配合PSO算法的智能决策进行稳健优化求解;随后,通过对比两个模型的优化解,得出RSM-GA模型精度较高且优化解的充填效果更好;最后,利用图像感知进行RSM-GA优化结果的物理实验模拟验证,证实了该研究在获得最佳筋槽充填的同时,可弱化坯料优化设计中不确定性因素波动的影响。

摘要：受滚木运输的启发,设计了一种轮-阜复摆互动机构,通过在两个平面上分别构造摆轮和凸台阵列,可实现平面之间的平稳滑动。为了研究滑动中接触面间法向力和切向力的关系,建立了轮-阜机构的系统动力学微分方程,并基于Runge-Kutta方法提出一种迭代算法对之求解,计算摆轮和凸台相互碰撞所产生的滑动阻力。数值仿真结果表明,合理设置轮-阜机构的几何参数,可以减少接触面相互滑动中的能量损耗,从而大幅提高法向载荷和等效切向阻力之间的比值。在理论分析的基础上,制造了相应的实物模型进行实验验证,结果显示该机构可以实现平稳的滑动,且切向驱动力可低于法向载荷的百分之一,从而验证了该机构的可行性。

摘要：基于d电子理论设计Ti-Nb-Cu形状记忆合金的相组成,以优化其性能。XRD分析和TEM观察表明,Cu添加导致键级(Bo)和金属d轨道能级(Md)值减小,从而使相组成发生演变。随着Cu含量的增加,相组成的变化可以总结如下:β+α"→β+ω→β+α"+ω→β。随着Cu含量的增加,Ti-Nb-Cu形状记忆合金的屈服强度、极限抗拉强度和伸长率均呈先增大后减小的趋势。通过优化Cu合金元素含量,Ti-Nb-Cu形状记忆合金具有优异的力学性能,其屈服强度为528 MPa,极限抗拉强度为742 MPa,这主要归因于固溶强化、晶粒细化以及析出强化的综合作用。

摘要：如何实现低频宽带吸声,设计具有亚波长厚度的吸声超材料一直是一项具有挑战性的任务。提出了一种微缝折叠空间超材料结构,建立结构的理论解析模型与数值仿真模型,深入研究其声学特性和吸声机理,分析了典型结构参数对吸声特性的影响规律,基于此探究实现低频宽带吸声的可能性。研究表明,通过调整折叠空间厚度及折叠通道数目,可以在较大的频带范围内调节结构的峰值频率,同时不改变其近完美的吸声性能。最后,提出了一种宽带吸声超材料,在500~2 000 Hz频率内获得平均吸声系数达0.931的连续高效吸声带宽。结构厚度为5.68 cm,仅为最低共振频率对应波长的1/12,试验结果良好。研究成果可为实现宽带吸声提供借鉴。

摘要：自适应温度调控器件以其智能开关特性而逐渐成为研究焦点,但是一方面其特殊的光谱要求使得器件设计过程复杂且周期冗长,另一方面器件热控性能亟待提高以满足更加严苛的应用场景。针对以上问题,提出一种深度生成神经网络模型来执行上述复杂的优化任务,该网络模型的更新不依赖于数据集,而是将生成神经网络与传输矩阵方法(TMM)相结合,通过TMM返回的梯度信息指导产生符合预期的多层膜结构,并自动优化膜层厚度和材料种类。作为网络优化能力的验证和演示,本课题组使用该方法设计了一种基于二氧化钒的自适应热控器件,实现了高温太阳吸收比低于0.2、高温发射率高于0.9、发射率差值大于0.8的优异性能。与传统的优化算法相比,生成神经网络以高自由度和更快的速度寻找最优解,与普通神经网络相比,全局优化网络考虑整体的优化目标,通过全局搜索寻找全局最优解,设计结果也证明了该方法在复杂设计任务中的实用性。

摘要：目的提出一种鞋材弹性模量与厚度联合优化设计糖尿病足鞋垫的方法,以降低足底压力和软组织内部应力。方法通过逆向工程方法建立足部有限元模型,基于足底压力分布特征划分鞋垫压力区域,采用有限元法对接触力学进行研究,为优化过程中调整不同区域内材料的弹性模量和鞋垫前后足厚度奠定基础,使用最优拉丁超立方设计得到最优参数组合。结果设计的鞋垫增加约37.55%的足底接触面积,跖骨区和足跟区的压力峰值分别降低15.07%、36.96%,足跟处软组织内部应力降低20.83%,足底筋膜张力降低约60%。结论所提出的方法可用于设计定制鞋垫,设计的个性化鞋垫具有更大的接触面积和降低糖尿病足底溃疡的良好潜力。

摘要：为了进一步优化制备试样的成形质量并延长其服役寿命,首先探究了工艺参数对激光增材修复Inconel 718合金成形质量及力学性能的影响,采用正交设计试验方法进行Inconel 718合金单道沉积层熔覆试验,观察了不同工艺参数下单道熔覆层的表面形貌并测量其宽度和高度,通过极差值与排序结果,分析工艺参数对单道熔覆层几何形状的影响规律,得到3个主要的工艺参数对单道熔覆层形貌的影响排序,从而获得最优的工艺参数组合;之后,利用调控后的工艺参数成功制备出无裂纹、孔隙等缺陷的块状Inconel 718合金试样,选择激光功率为主要探究因素,研究激光功率对熔覆块状Inconel 718合金显微组织、硬度、抗拉强度和断后伸长率的影响,构建工艺参数,显微组织与力学性能间的联系.结果表明,激光功率和粉末供给速率分别为影响熔覆高度和宽度的主要因素;当激光功率为1600 W,扫描速度为12.5 mm/s,送粉速率为8 g/min时,由于温度梯度和冷却速度的影响,熔覆试样的微观组织致密、晶粒细小,枝晶间距适当,具有优异的抗拉强度和断后伸长率.

摘要：针对某增程式三缸发动机催化器在耐久性试验中出现的开裂问题,判定断口形式,分析开裂原因,提出优化方案,并进行分析验证。使用化学成分检测、金相组织分析、断口电镜扫描等方式对断口与材料进行了分析,判定断口形式;讨论三缸发动机振动特性,对催化器进行传热分析与热模态分析,通过模态干涉图与应变能密度判定开裂原因;基于模态频率与振型提出对催化器支架的改进方案,并进行分析与验证。研究结果表明,该发动机催化器表面会在高温氧化下形成晶间裂纹,当支架刚度不足时,催化器热模态频率过低,高温状态下会与三缸发动机的3阶燃烧激励发生共振,导致表面裂纹扩展形成断裂;通过分析催化器热模态频率、振型和应变能密度,可有效地对催化器支架进行改进,为三缸发动机的催化器设计提供参考。

摘要：区别于传统的晶态金属材料,非晶合金(BMGs)不具备长程有序结构,其塑性变形载体为剪切带。剪切带一旦形成,便很快发展成为裂纹,引发材料的灾难性断裂。剪切不稳定性的研究有助于非晶合金塑性变形机理的理解,并可为非晶合金塑性变形能力的提高提供设计思路。近年来,基于非晶合金的结构特点,科研工作者努力探究非晶合金的剪切不稳定性,主要提出了结构软化诱导的剪切不稳定性和热软化引发的剪切不稳定性两种机制。本文重点总结了非晶合金中剪切温升的研究进展,介绍了测试应变速率、外部约束、试验机刚度和测试温度对剪切温升的影响,指明非晶合金中剪切引入的热远低于玻璃转变温度,暗示热软化对剪切不稳定性的影响是微弱的。本文最后对非晶合金中剪切不稳定性机制的研究方向进行了展望。