摘要:轻量化技术是指在满足结构性能需求的前提下，通过对材料、结构和制造工艺等方面的优化，减少结构质量的技术，已经成为新一代航空航天装备发展的关键技术之一。本文首先分析了轻量化技术的发展历程。其次，从设计原理、组成方式和优化方法角度，介绍了仿生结构设计、胞元结构设计和高效拓扑优化设计三类轻量化设计方法。然后，从轻量化制造工艺和模式的角度阐述了增材制造、协同制造和复合材料制造在航空航天结构轻量化制造中的应用。最后，讨论了轻量化技术面临的挑战和未来的发展。

摘要:切削加工有限元仿真是采用数值方法模拟切削加工过程的技术，可以研究切削加工过程中材料去除引发的各种物理机制，在优化切削参数、提高加工质量、降低研究成本等方面具有显著优势。如何使切削加工有限元仿真与实际的切削加工更加吻合是研究的热点，为此国内外开展了众多切削加工有限元仿真技术的研究工作，相关成果已在多种关键部件的切削加工中得到工程应用。本文概述了切削加工有限元仿真的几何仿真和物理仿真各自的基本原理、优势和发展趋势，系统总结了国内外学者为了提高切削加工有限元仿真的精度和效率，在本构模型和网格划分方面所开展工作的发展现状，综述了切削加工全过程动态仿真方法的研究进展，并对切削加工有限元仿真技术的重要问题和未来发展趋势进行了展望。

摘要:刚性折纸是折纸领域中一个非常活跃的分支，在折展时可以实现二维与三维的连续变换且折痕以外的面板内部无应变，适用于多种刚性折展机构。基于刚性折纸构型衍生的空间折展机构具有形面精度高、折展比大和自由度数量少等特点，可以满足航天工程对空间折展机构大尺度、轻量化以及高精度的需求。针对未来发展趋势，概述了刚性折纸几何设计及运动学基础，阐述了目前与空间折展机构相关的刚性折纸的典型构型，重点介绍了各种构型的特点及相关研究进展。根据折痕的复杂程度，从不同刚性折纸构型出发，综述了面向空间折展机构的刚性折纸的应用及研究现状；从构型创新设计方法、厚板化设计方法、动力学特性分析方法、机构智能化设计方法和微重力卸载方法5个方面展望了基于刚性折纸的空间折展机构未来的发展方向及研究重点，旨在为大型空间折展机构的基础研究和工程应用提供借鉴与参考。

摘要:部分稳定氧化锆（Partially stabilized zirconia，PSZ）陶瓷因其优越的性能在航空航天工业等领域有广泛的应用。表面粗糙度是评价PSZ陶瓷磨削加工水平的关键指标，为了降低磨削表面粗糙度的预测误差，提出了一种基于相关性分析与卷积-双向长短期记忆神经网络（Convolution-bidirectional long short term memory neural network，CNN-BiLSTM）的PSZ陶瓷磨削表面粗糙度声发射预测模型。通过分析磨削声发射信号特征值与磨削表面粗糙度值之间相关性，筛选出磨削声发射信号与磨削表面粗糙度之间的最相关频段和特征矩阵，作为CNN-BiLSTM神经网络的输入参数以降低磨削表面粗糙度声发射预测的误差。研究结果表明，基于相关性分析与CNN-BiLSTM神经网络的PSZ陶瓷磨削表面粗糙度的平均预测误差低于3.92%。

摘要:工业机器人工作空间大、姿态灵活、可配置性高，且成本低，广泛应用于搬运、装配、喷涂和焊接等多个领域。但由于机器人末端轨迹精度不高，低速波动大，在电化学加工领域的应用很少。根据电化学加工低速、高轨迹精度特点，提出采用象限法设定电化学加工机器人工作区域，建立电化学加工机器人动力学优化函数，采用第三代非支配遗传算法NSGA-Ⅲ求解各设计参数最优Pareto解集，通过仿真和实验进行了动态性能测试验证。结果表明在设定工作区域内，电化学加工机器人直线轨迹精度可达0.073 mm，圆弧轨迹精度可达0.145 mm，低速工况下轨迹精度相比传统工业机器人提高近10倍。

摘要:针对传统非接触式法向校正技术在弱刚性薄壁上的不足，在接触式压脚结构的基础上对传统法向校正方案进行了研究，提出一种仅适用于接触式压脚结构的两点校正算法，同时设计了一套基于激光跟踪仪的法向测量系统标定方法。针对弱刚性薄壁受到压脚单向压紧力产生回退对制孔位置精度的影响，提出一种工具中心点（Tool center point， TCP）变位补偿技术，该技术利用激光位移传感器监测壁板回退量，在法向校正前动态调整TCP位置，实现对壁板回退量的实时补偿。搭建试验平台并通过制孔试验验证了接触式法向校正技术与TCP变位补偿技术可有效保证孔的垂直度与孔位精度，实现孔垂直度误差小于0.25°，孔位偏差小于0.4 mm。

摘要:壁虎通过脚掌独特的外翻机制可以迅速地在壁面实现黏附与脱附。本文通过对壁虎脚掌外翻脱附过程的仿生研究，模仿壁虎外翻脱附机理，以形状记忆合金丝为驱动器，设计仿壁虎柔性脚掌，开展力学分析与计算。基于形状记忆合金的驱动特性及仿壁虎机器人的运动步态，设计了仿壁虎柔性脚掌的控制策略。最后分析了脚趾有无外翻动作脱附时的受力情况，实验测试了柔性脚趾的弯曲与外翻脱附性能，验证了仿壁虎柔性脚掌设计的有效性和可行性。

摘要:设计了一种新型的可变胞运动副，可用于实现3-转动副转动副转动副（Revolute-joint，revolute-joint，revolute-joint，RRR）平面并联机构的重构，进而推导并验证了R-R-R和转动副移动副转动副（Revolute-joint，prismatic-joint，revolute-joint，R-P-R）两种模式下的运动学模型包括正解方程和逆解方程，可用于计算并联机构的奇异位形和工作空间。研究结果表明：所设计的可变胞运动副能够实现机构的重构功能；两种模式下的运动学正解算法一致，均为一元八次方程；R-R-R型的运动学逆解为三个一元二次方程，R-P-R型的运动学逆解可直接用两点间的距离公式表达。最后，通过虚拟样机实验，验证了运动学模型的正确性。

摘要:针对飞机壁板类零件采用修配法装配过程中需要精确获取修配加工路径的问题，提出一种基于实测点云数据的壁板类零件修配加工路径计算方法。首先设计一种基于法线差的特征点检测算法提取参考壁板的初始特征点。然后建立迭代收缩优化模型对初始特征点进行收缩优化，得到参考壁板的准确特征点。最后根据工装定位孔特征进行配准，将参考壁板的特征点映射到待修配壁板上，并将映射后的特征点按照一定顺序进行连接，得到待修配壁板的修配加工路径，按照修配路径进行加工，获得壁板装配配合边界。实验表明，该方法能够精确提取待修配壁板修配加工路径，并且经过加工验证，壁板试验件对缝间隙获得小于1.2 mm的实际效果。

摘要:为研究磨粒流光整加工不锈钢闭式整体叶环的表面完整性，通过对电火花制备的不锈钢试样进行加工时间、加工压强及磨料目数的单因素试验，研究3个因素对加工后表面完整性的影响。结果表明：表面粗糙度Ra随着加工时间的增加而降低，从初始时的1.459 μm降至60 min时的0.193 μm，降低速率越来越慢，最后趋于稳定。磨粒流加工有效去除了加工表面再铸层。显微硬度在加工后明显降低，由450~950 HV降至270~350 HV且分布均匀性得到改善。显微硬度随着加工时间的增加整体上呈降低趋势，并出现了一定的加工硬化现象。在使用不同目数的磨料进行磨粒流加工后，残余应力由拉应力变为压应力。随着加工时间和加工压强的增加，试样表面越平整，抛光效果越好。

摘要:针对纳米ZnO在制备以及使用的过程中极易发生团聚从而影响其抗菌性能这一缺点，设计实验使得纳米ZnO在溶胶凝胶过程中与多孔SiO₂进行复合。通过扫描电子显微镜（Scanning electron microscope， SEM）以及透射电子显微镜（Transmission electron microscopy， TEM）等可以发现，ZnO很好地复合在多孔SiO₂的骨架上并且分散得较为均匀。通过表面积测试（Brunner-emmet-teller measurement， BET）以及光致发光光谱（Photoluminescence spectrum，PL）的测试可以发现，复合材料的比表面积得到提高且光学性能加强。通过菌落计数法探究复合材料与单组分纳米ZnO的抗菌性能差异以及复合材料中纳米ZnO含量的变化导致的抗菌性能的变化。结论证明，当纳米ZnO与多孔SiO₂进行复合之后，材料的抗菌性能得到了极大的提高，抑菌率超过了99%。

摘要:为研究飞机机身7050铝合金孔构件挤压强化后的疲劳增益，采用数值模拟与试验研究相结合的方法，对孔构件的挤压强化过程、疲劳加载过程、疲劳裂纹萌生和裂纹扩展过程进行研究。通过数值模拟探究了孔构件在不同状态下危险截面的应力分布和对应的疲劳行为，分析了残余应力场对疲劳性能的影响，探讨了残余应力与疲劳裂纹萌生和裂纹扩展的内在联系，建立了孔构件挤压强化疲劳寿命数值预测模型。结果表明：孔挤压强化引入的残余压应力可以减小孔构件在受载时孔壁最大拉应力，改变疲劳裂纹的萌生位置，抑制疲劳裂纹萌生和裂纹扩展，提高7050铝合金孔构件疲劳寿命近2倍，疲劳寿命数值预测模型误差在12%以内。

摘要:夹芯复合材料在受到弯曲、剪切和冲击等载荷作用下易发生脱层损伤。脱层损伤程度与Ⅰ、Ⅱ型断裂韧性密切相关。起圈织物由于在其厚度方向引入环状纤维束，增强了与芯层的结合能力，使其在抗分层方面性能优良。本文主要研究起圈织物泡沫夹芯复合材料的Ⅰ/Ⅱ型界面断裂韧性。根据试验标准分别制作了平纹织物泡沫夹芯复合材料和起圈织物泡沫夹芯复合材料。采用双悬臂梁试验（Double cantilever beam， DCB）和末端缺口挠曲试验（End notch flexure， ENF）对上述试验件的增韧机理进行了研究。研究表明，环状纤维束的引入大大提高了界面性能。起圈结构相较于平纹结构的Ⅰ型断裂韧性G_ⅠC提高了434%，Ⅱ型断裂韧性G_ⅡC提高了400%。通过建立有限元模型，采用内聚力模型来描述裂纹的扩展，数值结果与试验结果吻合较好。

摘要:针对电子设备随机振动疲劳损伤存在高度的不确定性问题，提出了一种基于频时域转换及雨流法的概率疲劳损伤预测方法，用于预测某航空电子设备在特定随机振动载荷条件下的疲劳损伤分布。通过采用“等效单元谱”近似计算，本文提出的方法能够在短时间内给出电子设备的损伤概率分布，且计算得到的疲劳寿命均值与试验结果吻合较好。因此在开展复杂功率谱密度（Power spectral density， PSD）载荷谱作用下的随机振动疲劳损伤计算时，具有计算效率高、工程适应性强等优势。

摘要:利用超声导波对板结构中的缺陷进行反演可以确定缺陷的位置和形状信息，针对走时成像方法在低频范围内效果不佳的问题，提出一种基于波动场的超声导波缺陷反演成像方法。根据波动方程推导出波束成形成像原理，利用Born近似下的散射场数据对成像区域像素点的值进行相干叠加，得到缺陷的位置和形状。再通过波束成形与傅里叶衍射定理在频域的映射关系，将波束成形的结果转化为衍射层析成像图像，得到了更为清晰的反演图像。针对衍射层析成像中存在伪影和噪声的问题，利用二维变分模态分解（Two-dimensional variational mode decomposition ，2D-VMD）方法对图像进行降噪处理，有效去除了伪影和缺陷轮廓边缘的毛刺，进一步提高了成像分辨率。反演结果表明该方法可以较为准确地重构出铝板上减薄缺陷的位置、大小和形状，具有较高的分辨率。

摘要:碳纳米管通道内的受限水具有与体相水截然不同的物理力学性质。当纳米管直径低至约0.8 nm时，通道内水分子形成与生物水通道内类似的单链结构，并显现出极高的流速和离子排斥能力。尽管基于经验势的分子动力学模拟在揭示单链水的奇特行为方面发挥了重要作用，但其模拟结果通常依赖于水模型和壁面-水作用参数选取。本文以从头算分子动力学计算结果为数据集，通过深度神经网络训练获得描述碳纳米管内单链水的深度学习势。基于深度学习势的分子动力学模拟在势能和原子受力方面具有近似第一性原理水平的准确性但低得多的计算成本，能准确重现从头算分子动力学得到的单链水性质，包括O-H键长、H-O-H键角、取向角和密度分布等。此外，本文对比了该深度学习势与常用经典水模型所得结果的异同。本文所构建的深度学习势为以接近第一性原理的准确性进行碳纳米管内单链水体系的大尺寸、长时间模拟提供了可能。

摘要:针对玻纤/环氧复合材料，采用平板硫化机热压成型制备工艺，将预封装的石墨烯加热元件内嵌于复材夹层中，从而制备得到复材加热组件。实验证明，该制备方法对石墨烯复合材料的阻值及发热影响较小，保证了石墨烯加热元件的防/除冰效率。基于复材加热组件，进行了热/力学性能实验和低温除冰实验。实验结果表明，复材加热组件的温升速率随热流密度的增加而增大，并且铺层位置对复材加热组件的温升具有较大影响。在冷环境除冰实验中，环境温度为-20 ℃，热流密度为0.3 W/cm²时，相较于传统电加热组件，复材加热组件的除冰时间大幅减小，能耗减少约30%，为进一步制备复材加热机翼奠定了基础。

摘要:λ机翼锯齿状后缘的气动外形设计增大了展弦比，进而提高了空气动力学效率，但同时也导致结构质量的增加。因此，本文提出了一种针对战斗机类λ机翼的气动/结构多学科设计优化方法，关键步骤包括机翼外形和结构参数化建模、气动分析模型自动生成与外形优化、结构有限元模型自动生成与结构布局/尺寸优化。在ISIGHT软件环境下集成气动、结构优化模块，利用基于代理模型的多级优化方法求解λ机翼气动/结构多目标优化问题。算例结果表明，本文提出的优化方法能够较好地兼顾了λ机翼的气动和结构性能，进而提高初步设计阶段的效率。

摘要:决策树（Desision tree， DT）生长关键步骤的分裂或分叉准则通常根据纯度和误分类误差等实现，分裂生长分为轴平行和非轴平行方式。这些分裂准则一般与数据内在结构（如类别是否是多簇或单簇组成）无关。为了弥补这一缺失，本文提出了两种混合分裂准则，分别用加权和两步法将同类内的节点间距（Between-node margin within the same class，BNM）和同一节点内的类紧性（Within-class compactness and between-class separation in the same inner node，CSN）与纯度度量相结合。由于传统决策树以贪婪方式生长，仅能确定出当前的一个局部最优分裂点，为改善这个缺点，本文首先根据纯度确定出前k个候选分裂点，然后通过最大化BNM和最小化CSN确定最终的分裂点，不仅缓和了纯度上的局部最优性，而且引入了数据结构的全局性，因此能较大程度地改进后代节点的分裂，增强树的泛化性和可解释性。将上述两种分裂准则组合还可以进一步提升性能。在21个标准验证数据集上的比较结果表明：新准则下的决策树不仅提高了预测性能、降低了复杂性，而且相比于其他采用混合分裂准则的DTs更具竞争力。

摘要:针对多目标不相关并行机混合流水车间调度问题，建立以最小化最大完工时间、机器总能耗和机器加工成本为目标的多目标数学模型。提出一种改进的基于分解的多目标进化算法（Improved multi-objective evolution algorithm based on decomposition，IMOEAD），采用均匀设计表生成初始权重向量，提高种群多样性，利用正态分布交叉并设计了自适应高斯变异来提高算法的全局搜索能力和局部搜索能力，在权重向量邻域中选择个体产生新解，运用非支配等级和拥挤距离更新外部档案。以反世代距离、世代距离和非支配解个数为性能指标，通过大量案例仿真，与非支配排序遗传算法Ⅱ和基于分解的多目标进化算法进行对比，结果验证了该算法的有效性。