完全开放式磁共振成像磁体的优化设计

采用完全开放式的磁体结构，可满足外科手术对磁共振成像系统的需求。文章基于一种完全开放式的磁体结构——单边磁体结构的初始结构设计理论，构建了一个由块状永磁体组成的单边成像磁体的初始结构，并进一步应用改进的遗传算法对磁体结构进行了优化设计。最终达到提高其目标区域磁场强度、改善磁场均匀度的目的。数值结果显示，本文提出的设计方法给出的设计方案能够在磁体结构外部的成像区域形成均匀并且强大的主磁场。     

特殊磁场定位测量系统的研究和应用

设计了一个对磁共振成像装置主磁体产生的三维空间磁场和一些特殊结构磁体的磁场强度和均匀度进行精密测试的测量仪器装置。着重论述该测量仪器的工作原理及其软、硬件设计。     

基于动态规划的永磁MRI磁体的无源匀场

磁共振成像要求主磁体能在较大的成像空间内产生高均匀度的磁场，由于加工误差的存在，实际上磁场的均匀度远不能达到预定要求，需要采用特殊方法进行匀场，从而提高成像的质量.提出一种基于动态规划的无源匀场方法，并编制了相应的匀场软件；分别在双柱型磁体和传统C型磁体上进行了匀场实验，大量实验结果表明该方法可以有效提高磁场均匀度.证明了基于动态规划的无源匀场方法能够快速、有效地完成匀场过程，提高磁场的均匀度.     

BEPCⅡ低温冷却系统的热力设计及数值模拟

为保证超导设备的正常运行，给出超导腔（SRF）和超导插入聚焦四极磁体（SCQ）以及超导螺线管探测器磁体（SSM）等3类超导设备和其他辅助设备的结构，并进行了漏热分析，根据各类超导设备的特点选择不同的冷却方式冷却，通过对超导设备低温冷却流程的数值模拟得出系统的热力运行参数．模拟结果表明：利用超临痹氦流冷却超导插入四极磁体较采用过冷液氦流冷却超导插入四极磁体为佳．     

表面响应算法及其在MRI主磁体优化设计中的应用

通过将基于径向基函数的表面响应模型和改进的遗传算法相结合，提出了一种电磁场逆问题优化策略的新方法；该方法一方面利用表面响应模型能够大大节省目标函数评价的时间，另一方面通过改进遗传算法能加速收敛，从而节省了寻优时间.这一方法已应用于永磁完全开放式磁共振成像仪主磁体结构的优化设计.此外，给出了一种产生薄片型磁场的永磁全开放式磁共振成像仪主磁体结构.计算实例表明，所提出的算法能实现多变量寻优，且能大大节省计算时间，易于编程实现.     

BEPCII低温冷却系统的热力设计及数值模拟

为保证超导设备的正常运行,给出超导腔(SRF)和超导插入聚焦四极磁体(SCQ)以及超导螺线管探测器磁体(SSM)等3类超导设备和其他辅助设备的结构,并进行了漏热分析,根据各类超导设备的特点选择不同的冷却方式冷却,通过对超导设备低温冷却流程的数值模拟得出系统的热力运行参数.模拟结果表明:利用超临界氦流冷却超导插入四极磁体较采用过冷液氦流冷却超导插入四极磁体为佳.     

MICE超导耦合磁体冷质量应力有限元分析

为了确定MICE（μ介子离子化冷却实验装置）中超导耦合螺线管磁体的机械稳定性和线圈冷质量的结构安全性,采用有限元方法对磁体线圈的绕制、降温和励磁过程进行数值模拟,得出不同阶段时具有滑移面结构的超导耦合线圈冷质量横截面内的应力分布.模拟结果表明,由于较大的尺寸和较高的磁场,磁体线圈冷质量内部承受较高的应力状态;从稳定性角...     

基于遗传算法的超磁致伸缩执行器优化

提出了超磁致伸缩执行器(GMA)优化设计模型,并应用多目标遗传算法对超磁致伸缩执行器进行优化设计.模型优化目标包括：减少执行器导磁回路磁阻使Terfenol D棒上磁场强度高;空心线圈产生的磁场强度高;Terfenol D棒上磁场均匀;线圈的效率系数大和线圈与Terfenol D棒间气隙小.优化变量包括：Terfenol D棒的尺寸、执行器导磁回路结构尺寸、导磁回路材料的磁导率和线圈结构.根据设计要求选取变量范围,利用非支配排序遗传算法(NSGA)在整个参数空间内搜索,得到执行器的主要参数,应用有限元软件ANSYS分析验证了该结构设计的合理性,并试制了执行器.     

并条机牵伸机构优化设计

针对并条机牵伸机构的优化,以结构参数设计为重点,以主牵伸区握持距为目标函数,采用复合形法,利用FORTRAN优化程序进行优化,以提高纱条的条干均匀度和条干质量,可得到较好的结果。     

多层球状头模型中MRI线圈激励下射频场的求解——并矢格林函数/矩量法

介绍一种磁共振成像系统(MRI)线圈激励下的人体头部电磁场计算方法.先构造一个与人头实际尺寸相当的多层球状头模型，并赋以实测电导率和介电常数，然后基于并矢格林函数(DGF)来求解MRI线圈激励下的头模型内部电磁场.只要射频线圈的激励电流源分布可由矩量法(MoM)求出，都可用该法计算由其激发的电磁场，由此计算出来的电磁场分布可以用于MRI成像参数的确定.结果表明，该方法比有限时域差分法(FDTD)的计算速度提高了10倍以上.仿真试验结果显示，人头中的磁场和电场受频率高低影响，随着频率的增高，磁场与人体组织的相互作用越大，人头中的磁场越不均匀，从而造成了磁共振信号的失真.所提出的DGF/MoM法可用于高场MRI的线圈优化设计，例如射频线圈(表面线圈和体线圈）的快速评价以及高性能的梯度线圈的快速优化设计.     

快堆装载机支臂结构的动静态性能拓扑优化设计方法

摘要：针对快堆装载机支臂结构的动静态性能和轻量化设计要求,采用有限元法验证了原结构的安全性,提出了一种基于变密度法固体各向同性惩罚微结构（SIMP）,通过引入标准化系数建立起将多工况刚度和动态多个低阶关键固有频率归一为组合柔度指数最小的动静态多目标拓扑优化数学模型,并得到了合理的整体Pareto解。分析结果表明,根据拓扑优化结果改进设计的支臂动态性能明显提高,在安全停堆（SSE）工况下最大Tresca应力减小约10%,结构重量减轻约21.5%,较好地达到了既提高性能又减轻重量的结构优化目标。     

磁共振成像低温超导磁体冷却系统设计及数值分析

为了减小冷却磁共振成像（MRI）低温超导磁体的资源消耗和经济成本,设计可快速冷却室温磁体至60 K以下的系统,并通过建立数学物理模型进行数值模拟,对系统进行优化设计和深入分析. 系统以自主研发的大冷量单级斯特林制冷机为冷源,包括低温风机、低温调控阀和氦气罐等组成部分. 研究表明,优化系统运行参数可以显著提高冷却性能,其中系统内氦气的压力和流速尤为关键,因为两者能够显著影响压降与换热,进而影响冷却时间以及磁体最终所能达到的冷却温度. 此外,当前斯特林制冷机的冷端换热器性能尚有提升空间. 通过参数优化,系统在氦气压力为0.3 MPa、流速为13 m/s时能够达到较快的冷却速率,可在73.5 h内将质量为2 t的室温超导磁体冷却至60 K以下,有潜力在实际应用中实现MRI低温超导磁体的低能耗高效冷却.     

中心支撑式铝合金反射镜组件优化设计

为了满足光学系统在复杂环境下具备高成像质量的要求,结合有限元手段和优化方法,设计了一种具有柔性环节的中心支撑反射镜组件结构。首先,从反射镜组件的材料选取入手,结合反射镜组件结构包络要求及理论计算结果,完成反射镜组件初始结构设计;其次,利用有限元方法,对反射镜组件模态和面形精度展开研究;最后,利用优化方法,以反射镜组件柔性槽尺寸及反射镜背部支撑厚度为设计变量,以反射镜组件一阶频率和镜面面形为优化目标,对反射镜组件初始结构进行优化设计。结果表明:优化后反射镜镜组件一阶频率为230.1 Hz;多工况下,反射镜反射面面形优于1/55λ(λ=632.8 nm),满足结构设计要求,可为成像光学系统反射镜结构设计提供参考。     

基于DOE的标识光场整形系统设计

使用二元光学元件进行远距离、大光场的整形,成像均匀度低、成像光场的尺寸也不易控制。依照衍射光学元件整形原理,提出了一种将双镜组预整形系统和衍射光学元件(Diffractive Optical Elements,DOE)整形器相结合的DOE标识光场整形系统方案,并提出了一种优化的二次平滑修正算法以适用于远距离大光场的DOE设计。可用于远距离大光场的激光主动照明或者信号标识。实际工程指标设定为在1m距离上,对波长为532nm,直径2mm的激光进行整形,得到360mm×288mm的矩形光场,保证其均匀度大于97%,能量转换率大于90%。Virtual Lab仿真结果表明,理论上系统的均匀度可达98.91%,能量转换率可达91.69%,成品测试结果表明,该系统实测整形光场均匀度为97.33%,能量转换率为90.92%。仿真和测试结果表明,设计符合预期的工程要求,证实了设计选型和算法优化的正确性。     

基于FPGA的简易偏振成像系统设计

偏振成像是一种获取目标物表面光学反射偏振特征的新型成像技术,与传统成像相比可以获取更多的目标物信息。本文设计了一种简易轻便应用于多场景下的偏振成像采集系统。系统由光学成像模块、FPGA主芯片、上位机图像获取三部分组成,实现图像的采集、传输与显示。通过FPGA主芯片驱动图像传感器,利用偏振分光棱镜,将携带目标物表面信息的反射光分解成垂直方向（S分量）和水平方向（P分量）,收集并解析获取目标物垂直方向和水平方向上的偏振图像;同时分析了系统可能产生误差的原因并进行了标定。实验结果表明：本文设计的成像系统在不同场景下,均可稳定、实时采集到P分量和S分量图像,解析出偏振度图像。     

并行遗传算法在MRI永磁主磁体优化设计中的应用

为了减少电磁场逆问题求解的计算时间,提出了一种并行遗传算法,并采用并行虚拟机(PVM)方式,将该算法用于磁共振成像装置主磁体的极靴形状优化.研究表明：在合理确定并行计算的计算机台数和进程数的条件下,应用PVM实现的并行遗传算法可以有效地提高计算速度.数值实验验证了所提出的方法和所编制软件的实用性.由此可知,用PVM实现的并行遗传算法对于求解计算时间冗长的电磁场逆问题,是一种较好的方法.     

添加钬的钕铁硼烧结磁体的结构与磁性能

在工业生产线上制备（33-X）（Pr-Nd）-xHo-64．90Fe-0．20Cu-0．75Al-1．15B（wt％,x=0、1、3、5）烧结磁体,分析了其显微组织、取向度、磁性能与钬添加数量的关系。结果表明,添加钬制备的钕铁硼烧结磁体,其取向度提高;磁体显微组织致密,富钕相在主相晶粒边界的分布比较均匀;磁体内禀矫顽力明显上升,而剩磁小幅度下降。通过优化合金成分设计与改进工艺过程控制,实现了45M性能档次的Pr-Nd-Ho-Fe-Cu-Al-B烧结磁体的批量生产。     

传播子矩阵方法推导IR-EPI序列下的磁共振信号

医学磁共振成像（Magnetic Resonance Imaging,MRI）中,对特定序列下磁共振信号的理论研究,有助于分析影响成像质量的因素以及提高成像质量. Bloch方程是磁共振成像理论研究中的动力学方程. 传播子矩阵方法是将Bloch方程矩阵化,将主磁场、外加射频场等各种条件参数通过矩阵的形式作用于磁化强度矢量的向量形式,通过对IR-EPI序列下的不同时间段的传播子矩阵的计算,得到最终的磁共振信号的表达式. 此方法为MRI技术中复杂序列下的信号分析提供了理论基础.     

基于导重法的叉车门架轻量化设计

针对大型复杂机械设计余量过大的现象,采用导重法和灵敏度计算相结合的集成优化法对某型号内燃叉车的门架结构进行全局轻量化设计. 推导强度、刚度等多性态约束条件,搭建导重法单目标、多性态约束优化模型,利用Lamker算法求解Kuhn-Tucker乘子;灵敏度计算采用带有经典误差修正项的半解析法（ESA）,引入单元误差修正项,消除刚体转动位移带来的误差;结合导重法,解决了容重和导重难以求解的问题. 利用有限元法,对优化后的门架结构进行强度和刚度校核. 结果表明,采用导重法和灵敏度计算相结合的集成优化法效果显著,使得叉车门架质量降低18.21%,优化后的门架强度和刚度满足设计要求.     

直拉式单晶硅生长炉超导磁体研究

高集成度芯片发展使半导体行业对硅单晶材料提出尺寸与质量的要求。直拉法（Cz 法）可生成大尺寸硅单晶,但生长中产生热对流,边界层不稳定,晶体易生杂质。因磁场对导电熔体内对流有抑制效果,通过外加磁场可提高生成大尺寸晶体的品质。基于现有研究结果提出了一种用于单晶炉的瓦状结构超导磁体,确定线圈结构参数、导体类型、屏蔽体厚度及磁芯高度,使其满足大尺寸、高品质单晶硅生长所需的磁场强度（约 0.5T）及磁场位型,从而降低漏磁。借助数值分析优化超导磁体结构参数,有望为后续的 MCZ 硅单晶生长工艺参数提供参考。