基于双向渐进结构优化法的“破损-安全”结构轻量化设计

“破损-安全”(fail-safe)设计通过冗余载荷路径设计提升结构的损伤容限(残余承载能力),是保障飞行器结构安全性的重要设计环节；然而，冗余结构形式不可避免地导致重量增加、效率降低，严重制约飞行器结构性能的进一步提升.论文基于双向渐进结构优化法(Bi-directional Evolutionary Structural Optimization),提出了一种“破损-安全”结构轻量化设计方法.具体地，设计方法采用“0/1”离散拓扑变量，以结构重量(材料用量)最小化作为优化目标，同时对局部破损结构的承载形变进行约束(低于安全阈值).针对渐进结构优化法难处理多设计约束的瓶颈，采用p范数法对局部破损结构的最大承载形变进行凝聚，并通过拉格朗日乘子将其耦合至优化目标函数，实现结构轻量化与“破损-安全”的同步设计.进一步地，并依据最大残余承载形变对局部区域破损之于“破损-安全”的影响程度进行判定，通过免除低影响局部破损区域的残余承载形变分析与约束，大幅度地提升了优化设计效率.通过系列基准测试算例，验证了论文“破损-安全”设计方法的有效性及高效性.     

γ'-Fe4N软磁复合材料的磁性及损耗特性

软磁复合材料在光伏逆变器、新能源汽车及充电桩等新兴电力电子行业的应用前景广阔.目前研究者们聚焦于开发新型软磁复合材料,达到匹配以SiC和GaN为主的第3代高频宽禁带半导体的目标.本文利用氨气氮化羰基铁粉制备得到高电阻率的γ’-Fe₄N,并证实其具备优异的软磁性能,对γ’-Fe₄N进行球磨处理使其成为静磁易面γ’-Fe₄N粉体,所获得的易面粉体与聚氨酯(PU)混合制成软磁复合材料.与未球磨静磁易面化处理的非易面γ’-Fe₄N复合材料相比,静磁易面γ’-Fe₄N软磁复合材料具有更高的磁导率,更低的功率损耗.与同类软磁复合材料相比,通过氮化工艺降低磁性铁颗粒内涡流效应,静磁易面γ’-Fe₄N软磁复合材料具有优异的高频软磁性能.静磁易面γ’-Fe₄N为软磁复合材料匹配第3代宽禁带半导体的高频应用提供了一种新思路.