锌电极放电过程及失效机制数值分析

锌-空气电池是一种高能量的电池体系.实验表明, 在大功率工作条件下, 锌电极的材料利用率随电流密度的增加而急剧下降. 为探索其在大功率工作条件下的放电机理, 本文针对这一过程建立了一维数学模型, 通过数值求解模拟多个物理量如离子浓度、传递电流密度、电极孔隙度、固体氧化锌等在电极内部的分布变化情况, 在此基础上分析电极的性能. 数值结果分析表明, 固体氧化锌对电极内质量传输过程的限制是导致电极失效的根本原因. 其析出时间及在电极内部的集中分布位置对电极性能有显著影响; 而仅当其体积分数超过30%-35%的范围后才开始显著限制传质过程. 讨论了电极的优化措施, 模拟表明更高的溶液电导率,更大的电极孔隙度有利于增加大功率工作条件下电极的材料利用率. 但最重要的是保持电极内部氢氧根离子的浓度在一个较高的值,对于封闭式电极可以通过补液实现, 理想情况为设计一个电解液循环式的锌电极.     

低空大展弦比无人机翼梢磁梯度测量探头气动特性及影响

针对一种低空大展弦比无人机, 文章进行全机和翼梢磁梯度测量探头数值模拟.全机计算给出翼梢磁梯度测量探头对全机气动特性和操稳特性的影响; 翼梢磁梯度测量探头计算实现了气动外形优化设计, 在保持全机操稳特性的前提下, 最大程度地减小全机气动阻力增量.结果表明, 磁梯度测量探头对全机气动阻力增量在9%之内, 俯仰力矩变化在5%之内, 对全机操稳特性的影响不大, 气动外形优化设计基本满足该低空大展弦比无人机的安全飞行技术要求.      

质子交换膜燃料电池电流密度分布特性和研究展望

质子交换膜燃料电池具有无污染、噪声低、能量密度高、燃料转换效率高、响应速度快的显著优点,得到了迅速发展,但寿命仍然是制约其大规模商业化的重要原因。局部电流密度作为质子交换膜燃料电池运行过程中的重要参数,既能作为电池运行过程中的故障诊断和定位工具,提升电池运行的稳定性和和耐久性;又能提供电池运行期间其内部现象的有关信息,为深入理解电池反应机理以及优化电池设计提供有力指导,因此研究局部电流密度具有非常重要的意义。本文介绍并分析了实时原位测量局部电流密度的方法,比较了前人实验所得结果与模拟所得结果,阐述了相关参数对局部电流密度分布的影响机制,回顾并评析了局部电流密度用于燃料电池分析中的实际工作。最后,立足于局部电流密度的研究现状,给出了局部电流密度下一步的研究方向。     

典型连接结构螺栓的附加弯矩形成机理与承载能力研究及结构优化设计

针对典型连接结构中, 高强螺栓在受拉工况下因产生附加弯矩而极大削弱其承载能力的问题, 开展了螺栓附加弯矩产生的机理研究, 并提出了一种有效降低螺栓附加弯矩的结构优化设计方法. 首先, 建立典型连接结构的等效力学模型, 推导出螺栓附加弯矩的解析解, 进一步开展数值仿真分析, 验证了解析方法的正确性. 考虑螺栓同时承受拉弯耦合载荷工况, 引入梁塑性弯曲理论, 研究了不同拉弯组合下的螺栓截面各类应力分布的交互关系, 并给出了考虑轴力影响的弯矩塑性折减系数. 基于最大应力破坏准则, 开展了考虑附加弯矩和弯曲塑性影响的螺栓载荷失效判据研究, 该判据更加具有工程应用价值. 从机理出发, 开展典型连接结构优化设计以降低螺栓的附加弯矩进而提高其承载能力, 进一步采用解析方法, 阐述了铰支球头的工作机理. 采用数值仿真方法, 开展了螺栓附加弯矩灵敏度分析, 验证了优化设计方法的有效性. 进一步开展试验研究, 获得不同连接状态下螺栓的附加弯矩, 验证了优化设计方法的正确性和可行性. 该方法能够极大降低高强螺栓的附加弯矩, 最大程度发挥螺栓的承载能力, 提高连接结构的可靠性.      

Optimization designed large-stroke MEMS micromirror for adaptive optics

A novel micromirror based on the PolyMUMPs process is designed and presented. The hexagonal micromirror with a diameter of 450 μm consists of three supporting bilayer cantilevers and a mirror plate. The bilayer cantilevers, formed with a polysilicon layer and a gold layer, elevate the mirror plate according to residual stress-induced bending. Both analytical and finite element analysis (FEA) models are built to calculate the elevated height of the free end of the cantilever. The analytical solution is in accordance with the FEA simulation results, with longitudinal stresses applied only. Results of a three-dimensional (3D) simulation with two direction stresses applied also show the elevated height to be proportional to the width of the cantilever and the length of the gold layer. Due to the torque of the joint, the elevated heights of the two kinds of cantilevers assembled with the mirror plates are much smaller than those of the free end of the cantilevers. Both micromirrors with different cantilevers are fabricated. The elevated heights of the fabricated micromirrors are measured using Veeco optical profiler, which show good coincidence with simulation results.     

污染气体红外光谱鉴别器的优化设计

针对污染气体红外光谱特征分布的复杂性，结合几种线性分类器的特点，通过对每个环节的深入分析，设计出一种混合多叉树状光谱鉴别器。实验结果表明：此光谱鉴别器不仅结构简洁，设计合理，具有很高的分类能力和判别准确率，而且具有较好的灵活性和稳定性，完全满足快速识别的需要，是一种高效的光谱鉴别器。     

基于辐射声功率最小化的安静结构设计

本文研究了一种基于模型修改使结构辐射声功率最小的方法，使用了结构动力学、声学和优化理论等学科知识，对结构修改后固有频率变化可以忽略不计时的声辐射优化进行了研究，将设计变量看作外部阻抗，对结构的表面振速进行了重新分布，可以降低结构辐射的声功率。将质量块与动力吸振器进行组合实现声辐射最小化，不但降低了一定频率范围内的平均声功率，还降低了动力吸振器所对应的单频下的声功率；运用遗传算法搜索结构辐射声功率最小时附加质量块或动力吸振器的位置，对附加质量块和有源控制作用下简支钢板的声功率最小化进行了比较研究，阐明了附加外部结构与有源控制实现安静结构的物理机理。最后，对本文提出的基于平板辐射声功率最小化的安静结构设计方法进行了实验验证。     

级联掺磷光纤喇曼激光器的解析优化

讨论了二级级联喇曼光纤激光器的解析解和优化设计.通过引入几何平均功率、增益因子和归一化光纤有效长度,将描述泵浦光和斯托克斯光沿喇曼增益光纤分布的微分方程组简化成代数方程组,在对泵浦光采用线性传播近似后,获得了二级级联喇曼激光器的解析解.所获得的解析解同数值模拟结果吻合得很好.利用该解析解可方便和快速地讨论级联喇曼激光器的优化设计,计算不同泵浦功率下的最佳光纤长度、输出光纤光栅反射率和转换效率.泵谱功率越大,最佳光纤长度越短,最佳输出光纤光栅反射率越小.     

利用VB实现焊接方法的优化设计

对于某种母材和接头形式，当有多种焊接方法可实现焊接时，依据优化设计的思想．建立评价函数．用计算机对焊接方法进行优化设计．本文采用VB编制程序．当用户输入焊缝基本情况和对焊接质量、焊接效率及生产成本的要求时．即可得到最优、次优的几种焊接方法以供用户选择．并可选择打印某方法的焊接工艺卡片．