Analytical modeling for rapid design of bistable buckled beams

Double-clamped bistable buckled beams demonstrate great versatility in various fields such as robotics,energy harvesting,and microelectromechanical system(MEMS).However,their design often requires time-consuming and expensive computations.In this work,we present a method to easily and rapidly design bistable buckled beams subjected to a transverse point force.Based on the Euler–Bernoulli beam theory,we establish a theoretical model of bistable buckled beams to characterize their snapthrough properties.This model is verified against the results from a finite element analysis(FEA)model,with maximum discrepancy less than 7%.By analyzing and simplifying our theoretical model,we derive explicit analytical expressions for critical behavioral values on the force-displacement curve of the beam.These behavioral values include critical force,critical displacement,and travel,which are generally sufficient for characterizing the snapthrough properties of a bistable buckled beam.Based on these analytical formulas,we investigate the influence of a bistable buckled beam's key design parameters,including its actuation position and precompression,on its critical behavioral values,with our results validated by FEA simulations.Our analytical method enables fast and computationally inexpensive design of bistable buckled beams and can guide the design of complicated systems that incorporate bistable mechanisms.

低轨星座卫星快速开发与验证方案设计

针对低轨星座卫星快速开发与验证需求,提出试验星+工程星+接口验证平台(VPI)并行研制验证方案。通过工程星研制,对卫星结构、总装设计及供电主通道、推进贮供主通道等设计进行验证,支撑试验星设计优化与结构投产;VPI对星上电子单机接口、星上软件等进行迭代验证。通过试验星研制,对低轨星座卫星功能性能全面验证,确定星座卫星基线。该方案经多颗卫星实施验证,有效提高了低轨星座卫星验证效率。

机器学习辅助太赫兹涡旋波超表面快速设计方法

太赫兹涡旋波产生与调控被认为是6G通信、雷达探测、新型传感器的关键技术之一。利用人工超表面产生涡旋波,相较于传统方法具有平面化、集成化、低成本的特点,但是面临复杂的参数设计和分析,需要耗费大量的时间和算力。为此,提出一种机器学习辅助太赫兹涡旋波超表面快速设计方法,通过长短期记忆(Long Short-Term Memory, LSTM)神经网络法快速得到满足相位需求的超单元并进行一体化组阵。利用该方法,设计构筑了三块模数l分别为1、2、3的太赫兹涡旋波超表面,仿真结果表明,设计的太赫兹涡旋波束模式纯度达到80%以上。机器学习辅助太赫兹涡旋波超表面设计方法具备精度高、快速、一体化设计等优点,有望运用于太赫兹幅度、相位、极化、轨道角动量等复杂波束调控领域。

新能源小车轻量化快速设计的研究

围绕新能源汽车轻量化技术,阐述了新能源竞赛小车轻量化设计的具体内容与技术要求,以Pro/Engineer 5.0为平台对新能源汽车车架进行了轻量化快速设计。为后续改善结构设计、优化加工工艺提供了精确的数据,同时也为相关专业学生能制造出结构合理、性能优良、节能环保和安全可靠的新能源竞赛小车提供了一条快速而有效的途径。

艺术设计驱动下的色纺纱快速打样研究

随着市场需求不断增长,在生产效率和产品创新方面,色纺纱行业正面临着多重机遇和挑战。作为一种创造性的方式,艺术设计对于色纺纱快速打样技术的发展具有一定的推动作用,以适应小批量、多样化的生产需求。艺术设计与色纺纱快速打样技术的结合不仅对纺织行业的技术进步具有较强的推动作用,还为消费者提供了更多个性化和高质量的选择。因此,色纺纱生产企业需要不断创新,将艺术设计的创造力和技术的发展潜力完全发挥出来,以增强自身的竞争力,进而更大程度地满足不断变化的市场需求。基于此,文章对艺术设计驱动下的色纺纱快速打样技术进行研究。

基于机器学习的Al-Zn-Mg-Cu合金快速设计

提出一种基于机器学习的合金快速设计系统(ARDS),以定制所需性能的合金制备策略或预测制备策略所对应的合金性能。为此,分别对3种回归算法:线性回归(LR)、支持向量回归(SVR)和人工神经网络(BPNN)进行建模和比较以训练多性能预测模型。其中,应用SVR构建的机器学习模型被证明是最佳的。然后,基于生成对抗网络(GAN)模型原理,构建Al-Zn-Mg-Cu系铝合金快速设计系统(ARDS)。对ARDS的预测可靠性进行验证。结果表明,为了能够获得准确的制备策略,系统中极限抗拉强度(UTS)、屈服强度(YS)和伸长率(EL)的输入上限分别约为790 MPa、730 MPa和28%。此外,基于ARDS预测结果,制备了一种性能优异的新型铝合金材料,其UTS为764 MPa、YS为732 MPa、EL为10.1%,进一步验证了ARDS的可靠性。

基于回波幅值信号的医用超声探头性能快速检测系统的研制

目的研制一套基于回波幅值信号的医用超声探头阵元快速检测系统,用以对超声探头性能进行评估与质量控制。方法运用现场可编程门阵列作为系统主控制芯片,以控制系统内部集成的电脉冲激励信号源,进而激励医用超声探头的阵元。阵元振动后产生超声波并在遇到空气后反射。基于超声脉冲回波测试方法,以回波幅值为主要检测参数,实现对超声探头阵元工作状态的检测与评估。结果选取同型号不同使用年限及故障状态的探头进行系统测试,并与所成超声图像进行对比:全新完好探头的回波幅值信号范围为550~575 mV,整体误差小于0.5 dB;使用1年的探头回波幅值信号范围为550~590 mV,较全新探头整体误差低0.6 dB左右;使用3年的探头回波幅值信号中存在十多个3 dB、6 dB及个别10 dB等不同程度的衰减;故障探头中存在三十多个成片连续衰减10 dB阵元。探头衰减位置及程度与所成超声图像缺损位置及程度相对应。结论本系统具有灵敏度高、稳定性好、操作简单快速等特点,在超声探头阵元性能评估方面具有很强的实际应用和推广价值。

指尖密封径向临界工作能力快速评估方法研究

指尖密封具有一定的径向变形能力,从而适应转子的偏心、跳动、离心膨胀和热膨胀,但当转子的径向位移量超过指尖密封正常工作所允许的径向临界工作能力时,将导致密封发生严重的磨损并伴有大量摩擦生热,最终失效。本文建立了一套能够快速评估指尖密封径向临界工作能力的方法。首先针对圆弧型指尖密封,通过理论分析的方法建立了径向临界工作能力的计算模型;其次,开展了实验研究并利用试验数据修正和验证了计算模型;最后,分析了结构参数对径向临界工作能力影响的敏感度。研究结果表明:快速评估方法具有较高的计算精度,验证算例的最大误差约2.55%;指梁之间间隙宽度和指梁根圆直径两个结构参数对指尖密封径向临界工作能力的影响最为显著。

基于有限元优化分析的L型件参数化选型

采用仿真软件二次开发与优化算法结合的方式,实现了对不同尺寸的同种结构件在不同冲击条件下的优化分析。在L型件承受不同加速度冲击条件下,通过在图上量取的方式,快速了解不同尺寸L型件的结构受力状态,以方便设计人员进行规格选择,在保证强度的同时减少了成本,实现轻量化的要求。

基于3DE平台的抽水蓄能电站枢纽三维快速协同设计方法研究

在抽水蓄能电站建设爆发式增长背景下,迫切需要在提高产品设计质量的同时提高设计效率。因此,基于3DEXPERIENCE平台,探究一套可行的抽水蓄能电站枢纽三维快速协同设计方法,并结合某抽水蓄能电站进行了实际应用。首先总结专业基础知识,构建抽水蓄能电站水工结构标准构件库;其次采用自顶向下的骨架模型驱动方式,各专业间协同设计,快速形成不同的设计方案,为方案对比分析提供依据。基于该方法,某抽水蓄能电站的优化设计方案最大坝高降低10余米,整体工程投资降低1.4亿元,表明所探索的从原始地形处理到方案快速设计,最终完成方案对比分析的抽蓄电站枢纽三维快速协同设计方法,可为抽水蓄能电站的建设提供设计参考。

装配式扶壁生态挡墙结构简化计算方法研究--以重庆两江协同创新区六横线明月大道挡墙项目为例

基于重庆六横线明月大道项目的装配式扶壁生态挡墙,通过对该挡墙立板和扶壁迎土面的土压力计检测的原位试验,以及现浇混凝土结构内的钢筋计的测试,分析该挡墙现浇混凝土结构的受力模式,并提出应用于装配式生态扶壁挡墙结构的简化结构计算的方法,为将来应用该新型挡墙结构提供依据。

基于模板库动态适配的混凝土盖梁快速设计方法

为了提高盖梁设计效率和质量,针对常规钢筋混凝土盖梁设计流程的特点,总结了参数化的模板数据库和快速设计流程方法,结合钢筋骨架形状及布置特点、力学计算、构造要求,提出多种盖梁参数化方法,设计出钢筋混凝土盖梁快速设计程序。在实际项目应用中,设计人员只需改变少量可视化、易理解的参数即可适配不同构造形式、不同配筋形式的混凝土盖梁设计需求,实现了钢筋混凝土盖梁快速设计。

基于建筑快速设计课的教学思索

快速设计是建筑学专业学生必须掌握的一件看家本领,它代表着一个设计者将传统的设计课浓缩到几个小时内完成优秀方案的能力。针对快题中的一些任务驱动,通过三个方面教学进行不同程度的训练,发现问题,最终提出解决问题方法,旨在为传统设计课程的教学带来启迪,进而满足当代城乡建设与发展对建筑学专业人才技能的要求。

都市快轨车站设计研究——以京雄快线典型车站设计为例

都市快轨是在我国都市圈发展背景下应运而生的轨道交通干线,以京雄快线为例,以探索可推广的都市快轨车站设计标准为目的,使其兼有铁路的快速通达和城轨的公交化运营两方面优势,并与城市空间格局和城市综合交通体系相融合。梳理传统铁路客运站与城轨车站的特点和差异,以因地制宜、各取所长作为设计导向,剖析京雄快线各站点在线网中的功能定位,分为城市重大交通节点、城市级、区域级,提出面对差异化的城市空间形态、开发强度做好建筑空间一体化。面对都市快轨快速通达的乘客诉求,采取公交化运营缩短旅行时间,提供高效便捷的换乘、接驳服务水平。面对列车高速越行产生的风压,设全高站台门隔绝轨行区与乘客候车区,提供舒适的候车环境,采用“桥建分离”的结构形式,并采取安全可靠的技术措施满足风压计算强度要求。面对都市圈轨道先行,圈内各区域发展的不确定性,在站型选择和总体布局中为都市轨道线路未来逐步成网预留好主支结合、不断生长、网络化运营的拓展条件。

课程思政视域下《逆向工程与快速成型技术》课程改革与探索

针对课程思政视域下《逆向工程与快速成型技术》课程教学改革的问题,以混合式教学模式为出发点,依据教育部《高等学校课程思政建设指导纲要》,并结合机械设计与制造专业的人才培养模式及理念,明确了在思政育人理念下进行混合式教学改革的意义。通过《逆向工程与快速成型技术》课程4个方面的改革与探索,形成《逆向工程与快速成型技术》基于课程思政线上线下混合式教学模式。最后提出了基于思政育人理念的《逆向工程与快速成型技术》课程教学设计,为同类课程改革提供借鉴和参考。

基于Pro／MOLDESIGN及NC的不规则破孔壳体件塑料模成型零件快速设计与制造

应用Pro／MOLDESIGN和NC模块实现了不规则破孔壳体件塑料模具成型．零件的快速设计与制造，从而缩短模具开发周期，降低开发成本。开模仿真结果验证了模具设计的合理性。

砂型打印技术在进气管研制阶段的应用

砂型3D打印技术的快速发展解决了部分复杂结构零件的砂型、砂芯制造难题。基于铝合金进气管铸件研制,从产品复杂结构、工艺设计及凝固过程模拟进行分析,优化工艺方案和参数,结合冷铁和真空加压凝固措施,通过3D打印砂型,快速试制出合格铸件,降低模具制造和修改成本,缩短开发试制周期,为类似产品快速制造提供参考。

蚌埠市大庆路快速化改造总体规划方案研究

大庆路是蚌埠市快速路路网规划中的重要一纵,其快速化改造可有效改善和缓解城市片区间的交通压力。文章以大庆路改造工程为研究背景,分析功能定位,根据现状流量和规划情况推算远期交通量预测结果,论证主辅道建设规模。结合现状建设条件及交通需求,合理布置规划设计断面,对主要节点的立交形式进行确定,为类似工程的规划设计提供参考和借鉴。

城市主干路地下快速化改建后的街道景观更新设计研究

文章系统论述了城市主干路地下快速化改建后的街道更新思路与专业需求,并以上海市普陀区武宁路(真北路-长寿路)景观提升工程为例,遵循以人为本的设计初心,基于“城市意象”理论,结合“道路、边界、区域、节点和标志物”5种要素,梳理了街道景观更新设计策略。针对城市主干路地下快速化改建后的景观更新特点,从绿化更新、竖向设计、人行铺装、沿线绿地空间等方面总结了多专业综合视角下的街道景观更新设计要点。

纳米材料与农残检测交叉融合综合实验设计

打破传统学科之间的壁垒,促进基础研究与应用研究相互衔接,实现多学科交叉融合,对于培养满足国家社会发展需求的复合型高层次创新人才具有重要意义。从纳米材料的制备出发,采用化学还原法获得了银纳米颗粒,结合XPS、SEM对其进行了物性表征。在此基础上,采用PERS-F700便携式拉曼检测仪,以贵金属纳米颗粒为增强剂,对红提表皮的倍硫磷进行拉曼快速检测,得出了标准的阳性检测结果。实验涵盖材料的制备、表征及实际应用,融合了材料、物理、化学、农业等专业的相关知识,具有典型的学科交叉特色,有利于锻炼学生的专业技能,提高学生的综合素养和科研创新能力。