基于压电曲壳单元的结构振动最优控制

曲壳结构已广泛应用于航空航天、航海等领域,结构微小的振动会极大地影响部件性能,抑制曲壳结构的振动就很必要。提出了压电曲壳结构的振动最优控制模型,利用空间曲壳单元理论及多点约束方程实现曲壳基结构壳元和压电壳元的耦合,推导了压电曲壳结构动力学有限元方程,并结合线性二次型最优控制理论,实现了压电作动器对曲壳结构的振动最优控制。数值算例表明,对曲壳结构进行动力分析和振动控制时,在达到同样精度及控制效果的情况下,与平壳相比,曲壳单元及作动器所需数目要少得多。     

思维导图引领下的“大单元教学设计”——以《二元一次方程组》教学设计为例

《义务教育数学课程标准(2022年版)》明确指出,教师要改变注重以课时为单位的教学设计,要推进单元整体教学设计,体现数学知识之间的内在逻辑关系,以及学习内容与核心素养表现的关联,促进学生对数学教学内容的整体理解和把握,逐步培养学生的核心素养.本研究从教师的视角来探讨单元教材分析,以促进学生对数学教学内容的整体理解和把握,逐步培养学生的核心素养.     

新课标下的小学数学“大单元”教学探析

为加强小学数学的教学质量和水平,小学数学教学出现“大单元”的模式,对小学数学教学的发展有着积极意义.“大单元”的教学模式具有整体性,以一种规范化、结构化的方式,助力小学生更深层次的学习,最终促进学生核心素养的形成.     

单元整体视角下的初中数学章起始课教学探究——以“代数式”为例

章起始课是开启整章学习的统领课,为学生明确学习方向,搭建学习框架,指导学习方法,起着“先行组织者”的作用.本文从单元整体的视角阐释章起始课的内涵和价值,以初中数学“代数式”为例,探究如何进行单元整体视角下的章起始课教学,提出教学建议：发挥好章起始课的“吸引力”;把握好章起始课的“内容尺度”;渗透好章起始课中的“数学思想”.     

基于双向长短期记忆网络的太赫兹光谱识别

特征提取是太赫兹光谱识别的关键处理步骤,通常利用降维方法作为特征提取手段。然而,当一些化合物的太赫兹光谱曲线整体差异度较小时,降维方法往往会缺失样本差异的重要特征信息,从而导致分类错误。如果不采用降维方法提取特征,传统机器学习分类算法对维数较高的原始太赫兹光谱数据又不能很好的分类。针对此问题,提出了一种基于双向长短期记忆网络（BLSTM-RNN）自动提取太赫兹光谱特征的识别方法。BLSTM-RNN作为一种特殊的循环神经网络,利用其LSTM单元可以有效解决原始太赫兹光谱数据维数较高使得模型难以训练问题。再结合模型的双向频谱信息利用架构模式,可以增强模型对复杂光谱数据自动提取有效特征信息的能力。采用三类、15种化合物太赫兹透射光谱作为测试对象,首先利用S-G滤波和三次样条插值对Anthraquinone,Benomyl和Carbazole等十五种化合物在0.9～6 THz内的太赫兹透射光谱数据进行归一化处理,然后通过构建一个具有双向长短期记忆的循环神经网络对太赫兹光谱的全频谱信息进行自动特征提取并利用Softmax分类器进行分类。通过试验优化网络结构和各项参数,最终获得了针对复杂太赫兹透射光谱数据的预测模型,并与传统机器学习算法SVM,KNN及神经网络算法MLP,CNN进行对比实验。结果表明,dataset-1和dataset-2分别作为差异度较大和无明显峰值特征的五种化合物太赫兹透射光谱数据集,其平均识别率分别为100%和98.51%,与其他方法相比识别率有所提高;最重要的是,dataset-3作为5种化合物谱线极为相似的太赫兹透射光谱数据集,其平均识别率为96.56%,与其他方法相比识别率提高显著;dataset-4作为dataset-1,dataset-2和dataset-3的透射光谱数据集集合,其平均识别率为98.87%。从而验证了BLSTM-RNN模型能自动提取有效的太赫兹光谱特征,同时又能保证复杂太赫兹光谱的预测精度。在选择模型训练优化算法方面,使用Adam优化算法要好于RMSProp,SGD和AdaGrad,其模型的目标函数损失值收敛速度最快。同时随着模型训练迭代次数增加,相似太赫兹透射光谱数据集的预测准确率也不断提升。可为复杂太赫兹光谱数据库的光谱识别检索提供一种新的识别方法。     

空气耦合电容式微超声换能器设计

建立了空气耦合电容式微超声换能器(CMUT)的理论方法,分析CMUT各个结构参数对其性能参数的影响。根据理论分析结果结合无损检测应用背景设计了一个由16个阵元构成的CMUT阵列,并采用SOI晶圆键合工艺制作。该阵列每个阵元包含16个圆形CMUT敏感单元,敏感单元的半径400μm,中心频率230 kHz。建立CMUT发射和接收瞬态仿真模型分别得到CMUT发射声压和接收灵敏度与激励电压的关系,并通过实验测试验证该仿真模型的准确性。最后通过实验对CMUT与商用压电空耦超声换能器的性能进行对比,实验结果表明CMUT的发射声压和接收灵敏度与商用换能器达到相同数量级,并且能够成功激发和接收铝合金板中A_0模态Lamb波。     

基于可满足性模理论的CMOL电路单元映射

针对纳米CMOS混合电路(CMOL)单元映射时, 传统的精确算法存在编码变量多、文件存储大导致的求解规模受限问题, 提出了一种基于可满足性模理论(SMT)的CMOL电路单元映射方法, 该方法通过整型编码减小文件存储大小, 通过渐进式求解算法兼顾求解规模和速度. 实验结果表明, 与传统的精确算法相比, 本文提出的方法可大幅减少中间处理文件的大小, 并以较小的求解速度为代价提高了处理大规模电路的能力.     

自适应一致性高阶无单元伽辽金法

近来提出的一致性高阶无单元伽辽金法通过导数修正技术大幅度减少了所需积分点数目,并能够精确地通过线性和二次分片试验,显著改善标准无单元伽辽金法的计算效率、精度和收敛性.本文在此基础之上,充分利用无单元法易于在局部区域添加节点的优势,发展了一致性高阶无单元伽辽金法的h型自适应分析方法.根据应变能密度梯度该方法自适应地确定需节点加密的区域,基于背景积分网格的局部多层细化要求生成新的计算节点,同时考虑了节点分布由密到疏渐进过渡的情形.采用相邻两次计算的应变能的相对误差作为自适应过程的停止准则,将所发展自适应无网格法应用于由几何外形、边界外载和体力等因素造成的应力集中问题的计算分析.数值结果表明,所发展方法能够自适应地对高应力梯度区域进行节点加密,自动给出合理的计算节点分布.与已有的标准无网格法的自适应分析相比,所发展方法在计算效率、精度和应力场光滑性等方面均展现出显著优势.与采用节点均匀分布的一致性高阶无单元伽辽金法相比,它大幅度地减少了计算节点数目,有效提高了一致性高阶无单元伽辽金法在分析应力集中等存在局部高梯度问题时的计算效率和求解精度.     

CFETR水冷包层第一壁模块中等离子体注入氚输运有限单元分析

采用多物理场计算程序COMSOL Multiphysics,构建了一维氚输运有限单元模型,并与文献中氢同位素在钨中的滞留实验数据进行模拟验证。基于经过校验的一维模型,并考虑Soret效应,对中国聚变工程实验堆(CFETR)水冷包层第一壁进行了二维氚分析计算。模拟结果表明,氚在单个典型包层第一壁中的总滞留量为0.12mg,进入冷却剂中的总渗透量为0.12mg•yr^-1。若不考虑Soret效应,氚在RAFM钢中的滞留量将增加8.80%,渗透到冷却剂的量增加65.97%。由此可见,Soret效应对于氚的渗透和滞留具有显著的意义。     

三维无网格Galerkin结构分析方法及其应用研究

针对无网格Galerkin法在三维复杂几何形状的结构分析中存在的刚度矩阵的稀疏存储实现难、六面体背景网格适应性差等问题,本文采用逐节点对法组装刚度矩阵,利用CSR格式存储刚度矩阵,提出了一种基于四面体背景积分的改进的三维无网格Galerkin法。通过采用罚函数法施加对称约束和给定位移值约束,并推导出了施加这两种位移约束的统一格式。利用所提算法完成了三维悬臂梁的计算,所得结果与其理论解相吻合;完成了轴流式风机轮毂的结构分析,得到的位移与应力分布结果与其有限元解相吻合。这表明本文所提方法能满足工程应用中的计算要求,并适用于具有复杂形状的几何模型分析。