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机械工程 航空航天工程专题:空间可展开结构技术及其在卫星等航天器组件设计中的应用研究【大学组】

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2024-06-06

  开始日期: 2024-07-13

  课时安排: 7周在线小组科研学习+5周不限时论文指导学习

  适合人群

  适合年级 (Grade): 大学生及以上

  适合专业 (Major): 机械工程、土木工程、结构工程、机械工程、航空航天工程、生物工程等专业的学生;对可展结构器械设计与研究感兴趣的学生;

  学生需要具备基础数学、工程力学基础;

  建议选修: 物理:经典力学

  导师介绍

  Z.Y.

  牛津大学 University of Oxford终身正教授

Z.Y.

  Z.Y.导师现任牛津大学工程科学终身正教授,主要从事可展结构和折纸结构研究,涵盖设计、模拟以及工程应用。他提出了利用已知机构构建大型可展结构的新方法,发明了基于二维、三维连杆机构的可展结构,研究成果在《科学》等一流杂志发表,获BBC、Financial Times等国际媒体争相报道,并被选录代表英国研究最高水平的皇家协会(the Royal Society)在白金汉宫(皇宫)的科学日展览。导师的部分研究成果收录于专著Motion Structures中。

  任职学校

  牛津大学(University of Oxford)建校于1167年,是世界范围内历史最为悠久的大学之一,是英国Top2高校、G5名校。牛津大学享有世界声誉,在英国社会和高等教育系统中具有极其重要的地位,同时具有广泛的世界性影响。许多青年学子都以到牛津大学深造为理想。牛津大学在2020年QS世界大学综合排名位列第4。导师所在的工程科学系在最近英国政府组织的研究评估中荣获全国第一。

  项目背景

  传统结构通常指构件构成的承重骨架,形式稳固不变。不同于传统结构,可展结构是一种新颖独特的工程结构,可在运行时进行包装运输和扩展,它们保留了传统结构的功能,但也能够进行大的几何变换。 它能够完成多样几何形状变化,可以折叠展开,方便收纳储存、运输组装,因通用性高、应用范围广,逐渐成为土木结构工程的研究前沿。同时,它在我们的日常生活中也存在许多可展开的结构。 伞、檐篷、无线电天线甚至发网都是可展开结构的例子。 需要放入太空的组件(例如卫星)必须包装得尽可能小以装入运载火箭。因此,航空航天工程师总是追求具有良好封装效率和操作可靠性的可展结构设计。但可展开结构的使用不仅限于航空航天组件。在医学工程中,它们用于治疗病变动脉,如脑动脉瘤的修复,通过远程血管的插入,将可展开的交织管放入患病动脉。在机器人技术中,可展开结构最流行的应用是软机器人,而在土木工程中,可伸缩屋顶也是一个重要应用。可展开结构至今仍然处于科学的最前端研究学科,是世界各国的研究重点。

  项目介绍

  本项目将从空间可展开结构的数学和物理学原理展开,具体内容包括可展结构与机构、机构运动性与分析方法、四连杆机构、三维机构等。并研究可展结构在航空航天太阳能电池板、天线阵列等领域的应用。学生将在项目中使用Matlab,设计可展结构,在项目结束时,提交项目报告,进行成果展示。

  个性化研究课题参考:

  剪式单元可展机构的间隙动力学分析与结构稳定性研究

  空间可展结构的几何构成及力学分析

  桁架可展天线展开过程分析 The project will start from the mathematical and physical principles of deployable structures in space, including deployable structures and mechanisms, mechanism kinematics and analysis methods, four-bar mechanisms, three-dimensional mechanisms, etc. The applications of deployable structures in aerospace solar panels, antenna arrays and other fields are also studied. Students will use Matlab in the project to design the deployable structure. At the end of the project, they will submit the project report and display the results.

  项目大纲

  可展结构与机构, 计算一个机制的移动性,命名和描述各种机制,并分析及其在航空航天工程、机器人技术、生物医学工程和土木工程中的应用 Deployable structures and mechanisms, introduce concepts of structures and mechanisms and their applications. Calculate the mobility of a mechanism, name and describe various mechanisms and appreciate their uses in aerospace engineering, robotics, biomedical engineering and civil engineering

  平面可展结构、由二维结构建造的3D可展结构,由剪刀状结构元件制成的平面可展开结构,利用环闭包方程设计平面可展开结构,及其作为空间天线支持框架的潜在应用 Planar deployable structures, 3D Deployable Structures constructed from 2D Mechanisms, planar deployable structures made from scissor-like elements. Use of loop closure equations to design planar deployable structures

  由三维结构建造的3D可展结构,引入空间连接,贝尼特连杆的几何条件及其组合 3D Deployable Structures constructed from 3D Mechanisms, introduce spatial linkages. Geometrical conditions of the Bennett linkage and their combinations

  折纸结构及其在航空航天工程中的应用(太阳能电池板和反射射线天线) Origami structures and their applications in aerospace engineering (solar panels and reflectarray antennas)

  项目回顾与成果展示 Program Review and Presentation

  论文辅导 Project Deliverables Tutoring

  项目收获

  7周在线小组科研学习+5周不限时论文指导学习 共125课时

  项目报告

  优秀学员获主导师Reference Letter

  EI/CPCI/Scopus/ProQuest/Crossref/EBSCO或同等级别索引国际会议全文投递与发表指导(可用于申请)

  结业证书

  成绩单

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