摘要：利用有限元分析方法比较不同无规则多孔结构融合器在腰椎模型直立工况下力学性能的差异。基于脊椎腰段CT扫描数据,利用计算机辅助软件对腰椎L4-L5节段进行逆向工程重塑;根据腰椎模型设计了平均孔径大小为0.65 mm、0.75 mm和0.85 mm,且孔隙率分别为67.6%、72.8%和77.8%的3种不同的Voronoi无规则多孔融合器结构;利用ANSYS模拟腰椎直立压缩工况,对比分析了腰椎位移量和椎间融合器的位移量、等效应力应变及弹性模量情况。结果表明:3种不同参数的融合器表面应力不存在集中现象,而平均孔径为0.75 mm,且孔隙率为72.8%的无规则多孔腰椎融合器的等效应力峰值最低,相比其他两种降低了35.9%~54.2%,最大位移量为0.092 mm,与健康腰椎相比降低了0.046 mm;弹性模量与平均孔径为0.85 mm,且孔隙率为77.8%的相差不大,都能满足自体骨性能要求。因此,平均孔径为0.75 mm且孔隙率为72.8%的无规则腰椎融合器结构最优,可以有效改善锥体稳定性,同时为个性化无规则多孔融合器的设计提供了基础。

摘要：超振荡平面透镜(super-oscillatory lens,SOL)是近几年出现的新型平面光学元件,基于矢量角谱理论设计了振幅型和相位型SOL,采用时域有限差分法对衍射聚焦光场进行严格电磁仿真计算,研究发现:当照明激光束腰半径w0小于SOL半径a时,超衍射极限聚焦能力明显下降,聚焦光斑强度衰减超过50%;束腰半径w0对相位型SOL影响更剧烈,且会发生显著正向焦移;当w0不小于2a时可获得接近理想的聚焦特性.倾斜照明条件下,大数值孔径振幅型SOL一般允许的倾斜角度小于10°,而相位型SOL具有宽广的倾角适应性(可超过40°),聚焦光斑会发生横向展宽,且强度急剧下降.大数值孔径SOL对无限远点物成像会产生显著的负畸变和波动变化的场曲,小数值孔径SOL在宽视场范围内则无畸变.本文研究结果为SOL在超衍射极限聚焦、超分辨显微成像、飞秒激光直写微纳加工等领域的实际应用提供重要理论支撑.

摘要：针对目前滴灌技术研究向低能耗方向发展的趋势,为降低滴灌系统成本,基于计算流体力学两相流CFD数值计算,进行了新型的微压抗堵灌水器结构CAD设计,并应用微PIV系统测量研究其内部流动特性,着重进行了微流道两相流PIV测量和分析。结合高精度激光快速成形技术(RP&M),建立了微压滴灌灌水器快速开发平台,制作微压灌水器实验件并进行其水力性能及抗堵性能分析,经过回归分析得到微压滴灌灌水器的结构参数水力性能经验公式,为设计新型抗堵微压灌水器提供理论依据。

摘要：为了解决个性化假体数控加工材料浪费严重、加工成本高、异形薄壁件加工困难,以及增材制造力学性能不足的难题,提出了一种利用光固化3D打印技术制造个性化聚醚醚酮(poly-ether-ether-ketone,PEEK)假体的耐高温树脂注塑模具,并进一步通过注塑工艺获得高强度个性化假体的方案。该方案充分地结合了3D打印技术和传统注塑技术的优势,即利用3D打印技术实现复杂的结构形状,利用传统注塑技术实现优异的综合力学性能。研究了在模芯设计过程中分型面的设计原则、模芯合模固定方式的选择原则以及模芯是否填充材料的原则。利用该方案制造了个性化PEEK颅骨和下颌骨假体,并对注塑件进行结晶度测试、组织观察。结果显示,PEEK注塑件的结晶度为30.82%,注塑件组织致密,无孔隙和缺损。因此,采用3D打印和注塑相结合的方案制造具有综合力学性能的个性化PEEK植入物是可行的,对个性化PEEK植入物在临床的广泛应用具有一定的参考作用。

摘要：为在产品设计阶段规划出满足密封性能要求的装配连接工艺,提出了一种面向结合面密封性能要求的装配连接工艺数字化设计方法.采用接触非线性有限元技术和弹性相互作用理论建立了螺栓组连接有限元模型,研究了螺栓预紧顺序、预紧力水平与结合面连接性能间的关系,构建了各螺栓预紧力大小与结合面压力间的关联模型,进而利用该关联模型,根据工况载荷下设备对密封性能的要求反求装配连接工艺.以发动机缸体缸盖装配连接为例,建立了发动机曲柄连杆机构动力学模型,分析了其工况载荷,并在缸体、缸盖和缸垫有限元模型的基础上,确定出工况载荷下发动机密封性能对结合面压力分布的要求,最后利用螺栓组连接与结合面压力间的关联模型反求出各螺栓预紧力的大小,通过与该型发动机已有装配连接工艺对比,验证了该设计方法的可行性.

摘要：在模糊目标和模糊设计约束的条件下,同时考虑了质量特性的健壮性和设计约束的可行健壮性,提出望目特性、望大特性和望小特性模糊健壮设计的分位数型设计准则。在该设计准则的基础上,建立不同类型质量特性的模糊健壮设计优化模型,并将常规优化算法和基于最大可能点的分位数求解算法相结合构成该模型的求解框架。最后通过实例验证了该方法的有效性。

摘要：为探索精密机床动态设计中对机床基础大件质量进行主动设计的方法,以提高机床动态特性为目标,利用集中参数法建立了机床的等效模型,进而使用拉格朗日方程建立了机床动力学方程,对机床进行了动力分析,并依据中心组合试验,拟合得到了机床一阶固有频率与基础大件质量的二次多项式响应面模型;以二次多项式响应面模型作为目标函数,基础大件质量上、下限作为约束条件,进行了机床基础大件质量的优化设计。以精密坐标镗床为对象,应用上述方法完成了机床基础大件质量的优化设计,结果表明:与原始设计方案相比,该方法能在提高一阶固有频率的同时实现机床的轻量化设计,使一阶固有频率最高值提高了3.86%,机床基础大件总质量最大值降低了9.3%。

摘要：针对机床支承件螺栓连接布局设计缺乏相关技术理论支撑的问题,提出了考虑压力分布耦合作用的螺栓连接布局优化设计方法。该方法基于高斯函数,通过数据拟合方法对单螺栓连接结合面压力分布进行数学表征,引入单螺栓极限作用半径的概念,表征单螺栓连接结合面压力分布区域的大小,研究单螺栓极限作用半径的确定方法,并通过分析螺栓间压力分布的耦合作用对其进行修正,以修正后的极限作用半径为依据,建立机床支承件螺栓连接布局优化设计方法。构建机床典型支承件微缩模型,通过有限元分析和试验的方法验证模型的可行性,依据此模型在动刚度和静刚度两方面校验螺栓布局设计方法。研究结果表明,该设计方法使机床动刚度一阶固有频率最大提高了13.86%,静刚度最大提高了18.16%,有效改善了机床整体的动静特性,将为机床支承件螺栓连接布局设计提供基础理论与技术支持。

摘要：提出了一种表面硅微器件结构设计方法,解决了目前微机电系统(MEMS)结构设计中直观性差、工艺难度大等问题．该方法将三维特征建模的设计思想运用到MEMS设计中,在建立三维特征库的基础上实现了器件结构的快速直观设计．通过三维设计软件SolidWorks的用户接口开发的应用程序不仅实现了从器件结构中自动提取掩膜版和工艺流程,而且消除了人工设计掩膜版和工艺流程的繁琐过程．应用实例表明,与传统的通过掩膜版设计MEMS器件结构的方法相比,该方法简洁、高效,更符合设计者所看即所得的思维方式．同时,SolidWorks软件作为开发MEMS辅助设计工具的基础平台,可以省去开发几何造型模块的任务,从而为新一代MEMS辅助设计工具的开发提供了新的思路．

摘要：为了开发高效低阻的纳米流体微通道热沉,对单层矩形纳米流体微通道热沉几何结构参数进行了多目标优化。设计变量为高宽比α和微通道宽度与间距比β,优化目标是使全局热阻和泵功最小。对Pareto最优解进行K均值聚类分析发现,在5个聚类点的最高点和最低点之间存在有效权衡点,让泵功和热阻均处于较优范围内。实际设计中可以根据泵功或所需的热阻来选择最优结构参数。相对于高宽比,热阻和泵功对微通道宽度与间距比更敏感。尤其当β大于1.15时,其对热阻和泵功的影响非常强烈。相对于热阻,泵功对设计变量更敏感,在α和β的设计空间内,泵功的变化幅度约为360%,而热阻的变化幅度只有135%。纳米流体的热阻比去离子水显著减小,且随泵功的增大,去离子水和纳米流体热阻之差有缓慢增大的趋势。