人工智能在复合材料研究中的应用

复合材料以其轻质高强高模、可设计性强等优点成为结构轻量化的重要用材. 然而, 随着复合材料组分、结构以及性能需求的日益复杂化, 以实验观测、理论建模和数值模拟为主体的传统研究范式, 在复合材料力学性能分析、设计和制造等方面遇到了新的科学问题与技术瓶颈. 其中, 实验观测不足、理论模型缺乏、数值分析受限、结果验证困难等问题在一定程度上制约了先进复合材料在面向未来工程领域中应用的发展. 人工智能方法以数据驱动的模型替代传统研究中的数学力学模型, 直接由高维高通量数据建立变量间的复杂关系, 捕捉传统力学研究方法难以发现的规律, 在复杂系统的分析、预测、优化方面拥有与生俱来的优势. 而通过人工智能赋能来寻求复合材料中传统研究方法所面临难题的新的解决方案, 目前已成为复合材料研究领域的发展趋势. 本文综述并评价了人工智能方法在复合材料性能预测、优化设计、制造检测及健康监测等方面的研究进展, 并对未来发展方向进行了探讨和展望.      

2000 l/mm X射线镂空透射光栅的制备研究

在满足工艺要求的前提下,通过模拟光栅衍射,设计出镂空透射光栅模型,在此基础上将电子束和X射线光刻技术相结合,研究了制造2000 l/mm X射线镂空透射光栅的新工艺技术.首先利用电子束光刻和微电镀技术在镂空聚酰亚胺薄膜底衬上制备X射线母光栅掩模.然后利用X射线光刻和微电镀技术实现了光栅图形的复制,之后采用紫外光刻和微电镀技术制作加强筋结构,最后通过腐蚀体硅和等离子体刻蚀聚酰亚胺完成镂空透射光栅的制作.从此新的制造工艺结果上来看.制备的光栅栅线平滑,占空比合理,侧壁陡直,不同光栅之间一致性好,完全可以满足应用需求,充分表明了该制造技术是透射式X射线衍射光学元件制造的良好选择.     

自由曲面光学虚拟制造与检测系统的探讨

自由曲面光学产品设计、制造与检测的工艺流程，通常采取试凑法逐次逼近。由于加工 检测 再加工，循环往复，既费时，成本又高，产生了瓶颈问题。为了解决此弊端，本文运用虚拟制造技术，提出光学虚拟制造的基本构想，即虚拟制造系统结构模型，给出光学系统虚拟原型的构成和光学系统成像质量虚拟检测系统的构成，讨论光学成像质量的仿真检测以及敏度分析方法。研究结果表明：运用虚拟制造与检测技术，可缩短研发周期，降低成本，优化工艺并提高产品质量。     

药芯焊丝脉冲TIG增材制造倒Y形电弧光电特性分析

在药芯焊丝脉冲TIG电弧增材制造过程中,发现了电弧“骑”在成形件两侧的现象,该电弧被称为倒Y形电弧。倒Y形电弧对成形件两侧均有加热作用,其偏移导致成形件两侧受热不均,影响熔覆过程稳定性。按照点阵法测得的光谱数据利用Stark展宽方法计算了倒Y形电弧拖曳部分的电子密度,本研究试验条件下有部分区域（侧壁以外2 mm左右,Z方向0位置以下1.5 mm左右）符合局部热力学平衡条件。利用光谱诊断的Boltzmann图法来计算电子温度,将各点的数据拟合得到完整电弧温度场,分别从平行和垂直于焊枪运动方向分析了熔敷过程中倒Y形电弧的温度场。结果表明,从两个方向光谱诊断得到的倒Y形电弧钨极轴线处的温度最高值均大约为14 000~16 000 K, 分布在钨极端部下方0.5~1.5 mm范围内,电弧拖曳部分的温度大约为5 000~8 000 K。在垂直于焊枪运动方向上,当钨极轴线与熔敷层中心重合时,正常倒Y形电弧及其温度场关于钨极轴线对称分布。当钨极轴线偏移熔敷层中心左侧1 mm时,倒Y形电弧向左发生偏移且温度场也向左发生了偏移,熔敷层左侧温度明显高于右侧温度。在平行于焊枪运动方向,倒Y形电弧温度场扭曲较小,熔敷过程中焊丝从钨极前（左）侧送入,扰动电弧且吸收电弧热量,导致电弧前（左）侧的尺寸和温度均小于后（右）侧,电弧拖曳部分出现了收缩现象。通过分析钨极轴线与熔敷层中心重合以及钨极轴线向左偏移熔敷层中心1 mm的电信号,发现前者的均值电压、基值均值电压、峰值均值电压均小于后者。利用电信号结合高斯热源模型进行分析,在成形件左侧壁相同位置,正常倒Y形电弧的温度和热流密度小于偏移的倒Y形电弧,在成形件右侧壁相同位置则相反,这与光谱诊断得到的温度场分布关系吻合。研究结果对于建立电弧增材制造过程中新的热源模型和过程监控具有重要意义。     

大口径连续相位板远场光强的离线测试实验

为了准确测试和评价大口径连续相位板（CPP）元件的远场光强性能,根据激光装置需求建立了351 nm波长下大口径CPP远场光强离线测试系统,开展了330 mm330 mm口径CPP元件测试实验,并与标量衍射计算结果进行对比,分析了系统的测试重复性和测试精度。实测系统远场弥散斑大小为2.9倍衍射极限,可测试最大口径为圆形f600 mm和方形430 mm430 mm。测试系统在焦点2 mm范围内的能量集中度测试重复性优于0.2 %。计算和实验焦斑形貌及分布吻合,实测能量集中度比计算结果小0.85%、焦斑半径大13 m左右,差异由实测系统的时间匀滑作用引起,可通过缩短曝光时间和减小系统像差等措施进一步提高测试精度。     

红外技术进步刺激军事需求增长

随着制造技术的进步，大量新一代红外成像设备不断投入战场使用。由于采用的材料更轻以及光学元件的改进，使传统的笨重系统被淘汰，提高了单兵武器和手持设备的性能。第二代前视红外（FLIR）传感器的分辨率更高，可以穿透沙尘，据陆军负责夜视、侦察、监视和目标捕获的项目主管透露，目前已经有一半的“阿布拉姆斯”坦克和“布雷德利”战车装备了这种传感器。     

性能样机模型统一读取及显示系统实现

航天复杂产品研制过程中,形成了大量以CAE有限元模型或实物试验数据形式存在的性能样机模型;性能样机模型统一读取及显示方法,可以支持Nastran、Ansys、Abaqus、Fluent等多种CAE有限元软件数据和实物试验数据文件的直接读取,并支持根据用户需求进行其他格式文件的定制开发,实现了对性能样机模型统一读取和显示的通用化;经测试该系统不需依赖及安装商用CAE软件,文件压缩比可达到2%~30%,易于在PDM、SDM、TDM等外部系统中进行集成使用,能够充分使用产品研制过程中产生的各类数据,为大系统的协同研发打下基础。     

Ti(C,N)粉中氧的测定

Ti（C,N）是TiC和TiN的无限固溶体,也可表示为Ti（C1-x,Nx）的形式（0〈x〈1）。它具有良好的高温强度、耐热性、耐磨性和化学稳定性以及良好的导电、导热性等优点,广泛用于制备金属陶瓷。在机械、化工、汽车制造和航天航空等许多领域得到应用。尤其是这种物质的超细粉末作为复合材料的增强相,具有很大的开发价值和应用前景。研究表明,为了制备优质的Ti（C,N）粉,控制氧含量是一个重要的技术指标。     

中国科学家率先研发光学存储加解密技术

<正>不久前,南京工业大学校长黄维院士领导的科研团队在《自然通讯》杂志发表论文称,已开发出一种全新的信息加解密技术,使以"光"作为载体的信息传输更为安全。据悉,该技术为国际首创。一直以来,使用光学信号作为存储的器件只具备信息记录功能,如何在此基础上实现信息的加解密,成为光学存储     

基于改进Adaptive Lasso的多工序制造过程关键质量特性识别

为解决多工序制造过程关键质量特性识别中存在的质量特性间具有多重相关性以及数据高维度, 小样本等问题,本文采用主成分回归改进Adaptive Lasso方法并融合状态空间思想和Bootstrap方法实现多工序过程关键质量特性识别。首先引入状态空间思想构建多工序过程关键质量特性识别模型,然后利用Bootstrap方法重构样本,扩大样本量;进而采用改进Adaptive Lasso方法识别关键质量特性,并通过仿真验证改进Adaptive Lasso方法与Lasso,Adaptive Lasso和岭回归方法在质量特性间不同相关度下识别的有效性;最后通过实例说明改进Adaptive Lasso的具体应用过程,仿真及实例结果显示,改进Adaptive Lasso方法对多工序过程有良好的关键质量特性识别能力,特别当质量特性间有较强相关性时显著优于其它两种方法。