摘要：针对目前部分高校大学生劳动教育被弱化,劳动教育内容专业性不强、创新性不够等问题,华中科技大学光学与电子信息学院面向光电信息科学与工程专业本科二年级学生开设了光电特色专业劳动课。该专业劳动课包括劳动目的的确定、劳动设备的选择、劳动培训与示范、学生创意设计、采用专业软件设计二维和三维结构图形、采用先进设备进行结构件成型与组装及调试、线上线下答疑解惑、现场验收、劳动总结等环节。在课程设计过程中,该专业劳动课以具有实用性、趣味性的光电小制作为牵引,激发学生的劳动兴趣和劳动热情;以使用专业设备进行结构件成型、组装及调试为主导,突出光电特色。从劳动效果来看,该专业劳动课设计将德智体美劳融入其中,提高了学生的专业技能和动手能力,培养了学生的工匠精神和创新意识,提升了学生的综合素质。

摘要：为了降低逻辑电路的功耗并提高电路的数字逻辑信息密度,根据二值型忆阻器的电学特性,利用LTspice仿真软件,建立Knowm忆阻器的SPICE电路模型,通过LTSpice仿真验证该电路模型的有效性;然后,应用该模型设计三值基本逻辑门并进行仿真验证;最后,在此基础上构建基于忆阻器的三值乘法器电路,并在LTspice仿真软件中进行仿真验证与功耗分析.采用二值忆阻器设计三值基本逻辑门和三值乘法器,相比三值N阱互补金属氧化物半导体(CMOS)逻辑门电路,本方案具有高性能和更低的延迟、高集成度、低功耗等优势,可用于替代传统CMOS管组成的逻辑电路.

摘要：高频开关功率放大器具有高功率、低纹波、高响应的优点,是高加速、高精度定位系统的核心部件。为了解决高频PWM中开关频率与占空比分辨率的矛盾,该文分析调制中噪声整形的基本原理,采用误差反馈结构提取PWM量化噪声进行数字整形,阐述噪声整形滤波器设计约束条件。提出通过逆全极点无限脉冲响应(IIR)滤波器获得有限脉冲响应(FIR)噪声整形滤波器的简明设计方法,仿真及实验表明,该文提出的方法可利用低阶FIR整形滤波器获得平坦的通带和高整形衰减。在不足9位的PWM中,4阶的FIR噪声整形滤波器能够恢复调制信号在10 kHz频段内约40 dB的信噪比损失。

摘要：本文构建了一套基于质子交换膜燃料电池(Proton Exchange Membrane Fuel Cell,PEMFC)、吸附式制冷机和除湿轮的冷热电湿联供系统,通过吸附式制冷机和除湿轮对PEMFC产生的余热进行充分利用,在满足供电需求的同时,实现房间热环境夏季制冷与除湿处理。为改进联供系统在动态波动负荷需求下的供能匹配性设计,提出一种柔性调控方法,以人体热舒适度为基础,对房间设定温度进行柔性调节,并通过模拟方法对比分析了调控前后系统的运行特性与节能潜力。

摘要：为了解决电弧增材制造存在变形及微观组织形态和力学性能较差的问题,采用轧制使材料的力学性能得到极大改善.为了合理设计轧制机构,针对一种侧向轧制变胞机构进行动力学分析和优化设计,分别分析了杆件尺寸、主动件速度、弹簧刚度在变胞机构运动过程中对变胞机构的影响.首先,分析了侧向轧制变胞机构的原理,得到了机构的基本结构;然后,选取合适的设计变量初始值与边界值,确定目标函数及约束条件;最后,在机械系统动力学自动分析(ADAMS)软件中建立机构的虚拟样机模型,在一定的侧向轧制力下,以主动件的驱动力最小为优化目标进行仿真求解,得到驱动力的最优解和相应设计变量的最优值.结果表明:最小驱动力较优化前减小了15.48%,主动件速度、杆件尺寸、弹簧刚度对变胞机构的影响程度是依次减弱的.

摘要：热光伏系统能够突破传统太阳能光伏系统的效率极限并有望成为新的太阳能和废热收集利用方式。滤光器作为其中的关键部件,对于提高系统的能量转化效率至关重要,其透射高能光子,并将低能光子反射以再利用。已有的研究大多是人工设计优化的一维光子晶体结构,其设计过程繁琐,效率低下,性能也有待进一步提高。本文基于材料信息学,采用蒙特卡洛树搜索算法对一维光子晶体滤光器进行优化设计,在大优化空间下快速地获得了最优结构,对应的热光伏系统能量转化效率高达44.3%。探究了辐射器温度和辐射入射角对系统性能的影响,结果展现了优化所得滤光器性能的优越性。

摘要：目前机器人已在工业生产制造中得到广泛的应用,但由于机器人系统中关节摩擦等因素的影响,机器人的轨迹跟踪精度难以满足高精度生产的需求。为减少机械结构中非线性摩擦因素和系统中未建模干扰等因素对机器人运行稳定性和加工精度的影响,文中提出了一种速度模式下的摩擦补偿控制算法。首先,基于傅里叶级数和5次多项式混合的方式设计最优激励轨迹,通过最小二乘法完成动力学参数的预辨识,并利用Levenberg-Marquardt法对预辨识结果进行迭代寻优,从而建立更为精确的机器人动力学模型;然后,基于李雅普诺夫方法设计机器人轨迹跟踪控制算法,将最速离散跟踪微分器中采集的关节角度输入所设计的轨迹跟踪控制算法中,得到实时的关节速度补偿值,将补偿值实时输入机器人中实现摩擦补偿控制;最后,以六自由度串联机器人为实验对象,对所设计的摩擦补偿控制算法进行实验验证。结果表明,相对于摩擦补偿前,机器人的末端轨迹跟踪精度提升约35%,从而验证了文中所提算法在机器人摩擦补偿领域的有效性。

摘要：2023年2月6日土耳其发生了7.8级地震,其破坏力远超一般地震,造成了大量建筑物发生严重破坏甚至倒塌。通过对部分台站地震记录所进行的反应谱分析初步表明,该次土耳其地震的强度远远超出了目前中国抗震规范所规定的最高设防标准。因此,基于中国规范设计的基础隔震结构在该次土耳其地震作用下能否保持良好的抗震性能亟待研究。基于以上分析,该文选取采用了铅芯橡胶隔震支座的6层、8层和10层基础隔震结构为研究对象,将各结构简化为集中质量的多自由度串联模型,并使用《建筑隔震设计标准》(GB/T 51408-2021)提出的直接设计法进行了结构设计。以土耳其地震的部分台站记录作为输入激励,同时作为对比选择了22条规范9度罕遇等级的普通远场地震开展了广泛的参数研究。研究结果表明:基于中国抗震规范最高设防等级的基础隔震结构在规范9度罕遇地震作用下,结构的安全性和正常使用功能能够得到有效保证;在该次土耳其地震作用下,有相当部分情况的基础隔震结构会发生严重破坏甚至倒塌,结构变形和楼层加速度响应远超一般的常规地震;增大隔震系统周期能够有效降低上部结构变形、楼层加速度和隔震层变形;增大隔震系统屈重比虽然可以在一定程度上控制上部结构变形和隔震层变形,但是对于楼层加速度的控制是不利的。

摘要：干性黏附材料具有将两个界面通过表面相互作用力连接在一起的功能,是社会生活和生产中不可或缺的物质.干性黏附材料主要分为高分子黏附材料、水凝胶黏附材料以及碳纳米管黏附材料等几类.其中,碳纳米管具有超高的长径比,并且具备优越的力学、热学和电学性能,已被证明是先进黏附材料的理想组成单元.经过长期努力,研究者已制备出具备高黏附强度的碳纳米管黏附材料,并展示了碳纳米管黏附在生物医学、电子器件等领域的应用潜力.明晰碳纳米管黏附机制、整理宏观集合体黏附性能研究进展与挑战,对于合理设计和制造碳纳米管黏附材料以及实现碳纳米管黏附实际应用具有至关重要的意义.本文首先历数碳纳米管黏附的发展历程,从微观结构探测及模拟计算出发,深入挖掘碳纳米管黏附机制.其次,归纳了碳纳米管宏观集合体的黏附性能研究手段,并列举了提升碳纳米管黏附性能的策略和方法.最后,详细对比了碳纳米管黏附材料、高分子黏附材料以及水凝胶黏附材料在制备方法、结构特征以及黏附性能等方面的差异,并对碳纳米管黏附的下一步研究方向进行了展望.

摘要：多孔结构具有轻质、散热快等特点,在航空航天、信息电子等领域应用广泛,提出了一种面向散热性能的多孔结构多尺度等几何拓扑优化方法。在微观尺度,采用水平集函数描述三周期极小曲面点阵的几何构型,构建了Kriging元模型,预测点阵的宏观等效热学属性,从而降低计算成本;在宏观尺度,以最小散热柔度为目标,建立了多孔结构的多尺度拓扑优化模型,引入等几何分析提高了结构性能分析的计算精度,结合等几何映射技术开展了非规则几何结构的多尺度拓扑优化设计,避免了非规则设计域中点阵裁剪导致的几何特征缺损等问题;最后,通过数值算例验证了所提出方法的有效性。结果表明,提出方法可实现非规则几何结构的散热性能优化设计,优化得到的轻质梯度多孔结构具有较好的散热性能,在实际工程中具有广阔的应用前景。