三維隔振技術的案例
建筑結構丨清華大學教授潘鵬：地鐵周邊建筑三維隔振技術研究
清華大學教授潘鵬在“第四屆工程結構減隔震與高效抗震技術交流會”上做了題為《地鐵周邊建筑三維隔振技術研究》的精彩報告！
報告主要分為五個部分：技術背景；三維隔震（振）裝置開發；三維隔震（振）結構振動臺試驗；建筑三維隔震（振）技術的工程應用；總結。
開篇介紹了研究背景和意義。中國地鐵全面建設，40多個城市開始修建地鐵， 未來十年中國軌道交通市場將建7395公里地鐵線，總價值達3萬8千億。地鐵運行引起的環境振動已成為城市重要的環境污染源。
地鐵運行激勵所導致的周邊結構振動，特別是豎向振動不容忽視。建筑應對地鐵環境振動的綜合解決方案主要有三種：軌道隔振、傳播途徑隔振、建筑物隔振。
一、技術背景
該部分主要介紹了建筑三維隔震（振）技術的定義。
二、三維隔震（振）裝置開發
本節介紹了橡膠-雙摩擦擺三維隔震（振）支座的定義、支座性能試驗、支座試件豎向剛度、支座試件極限承載力、支座水平性能、支座性能試驗的結果。
通過支座性能試驗主要結論如下：1）豎向壓力變化的幅值增大時，表現出的等效豎向剛度減小，因此區分豎向單調剛度（大幅值）和豎向循環剛度（小幅值），分別為296kN/mm和458kN/mm。預計在軌道交通振動隔振中支座表現的自振頻率為8.8Hz。
展開 一類高性能隔振器：準零剛度隔振技術
為保證振動環境下的裝備性能，利用隔振器將裝備與動態激勵隔離是振動環境適應性設計最簡單、有效的方法之一。本文將介紹一類高性能新型隔振器——準零剛度隔振器的發展現狀和設計方案。
線性隔振理論表明，只有當激勵頻率大于√2倍固有頻率時，系統才有隔振效果。隔振系統中隔振器的壓縮量（平衡位置靜位移）受到安裝空間的約束和側向穩定性需求的限制，因此若要提高承載能力需要隔振器具有較高剛度，然而高剛度又勢必導致較高的固有頻率。高承載能力和低固有頻率之間的矛盾成為被動隔振技術發展的瓶頸，而低頻隔振尤其是重型設備的低頻隔振也一直是被動隔振的難點問題。
具有高靜低動剛度特性的隔振器具有隨壓縮量變化的剛度，在零負載時，隔振器具有大靜剛度（承載剛度）以確保高承載能力和小靜位移，當負載壓縮隔振器至靜平衡位置時，隔振器動剛度大幅降低，因此該類隔振器兼顧高承載能力和低固有頻率，有效解決了被動隔振的瓶頸問題。準零剛度隔振器即為一類非常有代表性的具有高靜低動剛度特性的隔振器。顧名思義，準零剛度隔振器即為動剛度接近于零的隔振器，目前常見如下三種設計形式：
一是將負剛度機構并聯到正剛度系統中實現準零剛度；
二是利用特定形狀的結構力-形變之間的非線性關系實現準零剛度；
三是采用全新的隔振機理。
展開 三維晶格超材料的隔振性能及耐撞性研究
(5) 根據帕累托前沿，三維變形材料在允許的最大PCF下，振動隔離特性和能量吸收效率之間存在一定的沖突關系。
這些結論揭示了調節三維變形材料的結構參數對其振動隔離特性和能量吸收性能的影響，為進一步優化設計提供了參考
文章來源：comsol多物理場仿真技術
國外潛艇減振降噪技術之隔振浮筏
顯示浮筏安裝的俄羅斯專利插圖(左);一種現代俄羅斯設計，可能裝備在“亞森” 級核潛艇上，可以將艙段內所有設備安裝在浮筏上(右)
3.隔振浮筏的未來發展
雖然隔振浮筏的應用效果十分顯著，但提升浮筏的隔振性能也存在一些制約因素：
一是筏架大多是由板、梁組成的框架結構，形式比較單一;
二是筏架的材料大多采用強度高、剛度大的金屬材料，如鑄鋼、鑄鐵以及鋁質合金鋼等，導致隔振系統附加質量大，并且這些金屬材料一般比剛度較低，阻尼性能較差，對于動力設備所產生的中低頻振動和噪聲傳遞的抑制效果較差;
三是浮筏作為一個特殊的雙層被動隔振系統還有其固有的局限，即系統一旦成形，其固有頻率及剛度就一定，于是系統的隔振頻率就被確定，從而不能實現更寬頻域的隔振，并且會在固有頻率處產生共振。
近年來，基于隔振機理的理解，一些新的技術也被應用到了浮筏隔振系統，發展出了流體浮筏、磁懸浮浮筏等大型隔振系統。在研究方面，這些技術與傳統的方法相比，具有更好的可調控性。在使用過程中能夠通過改變流體液面高度或者磁場的強度去調整振動系統參數，從而達到優越的隔振效果。部分新技術已經應用到了隔振系統的研究里。
對于一些具有特殊性能的新興材料，如聲學超材料等，基于其聲學特性，將其應用到隔振系統設計之中能夠大大提高隔振能力。但目前超材料還處在研究階段，其在應用技術及造價等方面均存在一定的問題，導致新興材料對于隔振系統設計的融入還存在一些不足。
展開 
三維CAD核心技術及發展趨勢
幾何欠約束系統的優化匹配
幾何約束冗余性判定
大規模約束方程組求解
（3）參數化機制
實現草圖、零件、工程圖、三維標注等功能的聯動
應用層機制：拓樸命名、undo/redo、數據管理
與“直接建模”融合
（4）顯示和渲染
操作性、流暢度
拾取：捕捉、導航
顯示技術：OpenGL、Shader
系統依賴：MFC、.NET、QT
三、發展趨勢
技術變化：互聯網、云計算
設計模式變化：從單機離線到多人協同
制造規模變化：超大規模、超復雜度
四、參考資料
參數化3D建模實例
《基于特征的參數化設計方法》-郭連水
《參數化設計》-鄒定國
三維參數化設計探究-參數化方法論
CAD/CAM中的特征技術綜述
三維幾何建模-1
邊界表示法.ppt
文章來源：硬核小青年
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展開 盤點2020三維封裝技術創新發展！
作為封測代工企業（OSAT），面臨前道企業在先進封裝技術領域的競爭，必須尋求對應低成本高性能封裝技術，展開差異化競爭，才能在激烈的競爭中不斷發展。
隨著集成電路應用多元化，智能手機、物聯網、汽車電子、高性能計算、5G、人工智能等新興領域對先進封裝提出更高要求，封裝技術發展迅速，創新特別活躍，競爭特別激烈。
先進封裝向著系統集成、高速、高頻、三維、超細節距互連方向發展；晶圓級三維封裝成為多方爭奪焦點，臺積電成為封裝技術創新的引領，利用前道技術的前道封裝技術逐漸顯現。
高密度TSV技術/FO扇出技術成為新時代先進封裝的核心技術。技術本身不斷創新發展，以應對更加復雜的三維集成需求。其中針對高性能CPU/GPU應用，2.5D TSV轉接板作為平臺型技術日益重要。存儲器，特別是HBM產品，得益于TSV技術，帶寬得到大幅度提升。
扇出型封裝由于適應了多芯片三維系統集成需求，得到了快速發展。多種多樣的扇出技術不斷涌現，以滿足高性能、低成本要求。一些扇出技術的研發是為了取代2.5D高成本方案，但三維扇出的垂直互連密度不高。
玻璃通孔集成技術由于創新性的低成本通孔加工技術開發成功，在射頻領域的應用將會得到大規模應用。晶圓級三維封裝在RF射頻模塊領域具有巨大應用潛力。
展開 機械設計三維CAD技術應用研究
隨著計算機技術的快速發展，三維CAD技術在機械設計中的重要性日益凸顯，其核心是幾何建模系統，它是一種虛擬仿真技術，被廣泛應用于機械、建筑、動漫、服裝等行業。這種技術改變了傳統機械設計工作過程，使得機械設計的合理性大幅提升，產品開發周期大大縮短，成為衡量國家科技現代化水平的重要標志。
1 三維CAD技術的發展
三維CAD技術是通過計算機系統利用一組數據來描述物體空間形狀的技術。它伴隨著CAD技術的發展而發展，從二維平面繪圖發展到三維產品建模，經歷了如下幾個階段。第一代產生于20世紀50年代后期發達國家的航空和軍事工業中，1989年，美國國家工程研究院將CAD技術評為1964—1989年十項最杰出的工程技術成就之一。但該技術應用之初，只是使用計算機輔助繪圖，還沒辦法達到計算機輔助設計。第二代出現于20世紀70年代，這個階段的CAD系統解決了表面模型技術只能表達形體的外形表面信息，難以準確地表達零件其他特性的問題，發展出三維實體建模模型。這使得精確表達零件的全部屬性得以實現，帶來了CAD技術的迅速發展。第三代始于20世紀80年代中期。CAD系統開始出現了基于特征建模和基于約束的參數化設計方法，使得二、三維模型的修改具有實時相關性。
展開 結構變形監測與三維實時渲染技術
我們團隊的技術基礎
本團隊長期從事結構試驗、復合材料力學、CAE仿真、人工智能、工業軟件（含工業軟件）開發，能夠獨立完成數據采集、數據庫、有限元求解器、材料本構、圖像識別、軟件平臺的開發。
機械設計三維CAD技術應用研究
另外，隨著網絡技術的不斷發展，信息傳輸速度不斷提升，三維CAD技術也具備了遠程協助、協同設計等功能，使得設計人員可直接多人針對設計方案進行實時異地討論，異地現場修改，同樣提升了設計水平。
5 三維CAD技術在機械設計中面臨的問題
三維CAD技術在機械設計領域已呈現了其強大的優勢，使得設計效率大大提升，但目前，在我國諸多的相關企業中，三維CAD技術的推廣及應用還未完全普及，主要體現在如下幾個方面。
5.1 未能實現真正的輔助設計
目前，大部分的機械設計人員還僅停留在三維設計軟件的表層應用上，即僅完成三維建模、模擬裝配、運動仿真等，僅僅只是為了追求三維表達效果。但實際上，現有三維CAD軟件的功能已日趨強大，三維效果的表達僅是其中的一個功能，它已經發展成為一個集設計、加工制造、生產管理為一體的系統體系。這是大部分機械設計人員還沒有清楚認識到的，其缺乏全過程的設計思維，因此，三維CAD技術在機械設計中的應用還不夠深入。
5.2 高端專業的CAD技術人員欠缺
三維CAD技術具有諸多優勢，其應用依靠對應的三維設計軟件，而要發揮出應有的效果，還是要依靠能夠熟練應用三維CAD技術的機械設計人員，目前，我國中小型企業很少花費較大的精力去對相關設計人員進行三維軟件培訓，設計人員還是得依靠自學，使得CAD技術人員的能力達不到要求，造成高端人員的短缺。
展開 機器人視覺三維成像技術全解析
摘要
本文針對智能制造領域機器人視覺感知中的三維視覺成像技術進行綜述,系統地總結了一些有代表性的機器人視覺成像方法的特點和實際應用中的局限性,內容涉及飛行時間三維成像、點線掃描三維成像、色散共焦成像、結構光投影三維成像、光學偏折成像、單目與多目立體視覺三維成像和光場成像等。繪制了各種視覺成像的圖譜,并探討了機器人手眼系統最佳三維成像方法。
在工業4.0時代，國家智能制造高速發展，傳統的編程來執行某一動作的機器人已經難以滿足現今的自動化需求。在很多應用場景下，需要為工業機器人安裝一雙眼睛，即機器人視覺成像感知系統，使機器人具備識別、分析、處理等更高級的功能，可以正確對目標場景的狀態進行判斷與分析，做到靈活地自行解決發生的問題。
一、機器視覺系統組成
典型的機器視覺系統可以分為：圖像采集部分、圖像處理部分和運動控制部分。基于PC的視覺系統具體由如圖1所示的幾部分組成：
圖1 機器視覺系統組成
①工業相機與工業鏡頭——這部分屬于成像器件，通常的視覺系統都是由一套或者多套這樣的成像系統組成，如果有多路相機，可能由圖像卡切換來獲取圖像數據，也可能由同步控制同時獲取多相機通道的數據。根據應用的需要相機可能是輸出標準的單色視頻（RS-170/CCIR）、復合信號（Y/C）、RGB信號，也可能是非標準的逐行掃描信號、線掃描信號、高分辨率信號等。
②光源——作為輔助成像器件，對成像質量的好壞往往能起到至關重要的作用，各種形狀的LED燈、高頻熒光燈、光纖鹵素燈等都容易得到。
展開 詳解三維激光切割技術
部分模具擠壓成形的零件，因落料模具的設計制造成本較高、制造周期長、落料質量不佳等原因，需選用三維激光進行套料、眼孔加工。
三維激光切割的優缺點
經生產實踐證明，三維激光切割具有以下優點：①柔性好，能適應不同形狀工件的切割加工。②精度高，能滿足鋁合金動車組、不銹鋼地鐵等產品的制造精度。③經濟效益高，可以取代傳統制造工藝的修邊模和沖孔模，其工藝步驟簡單、制造周期短、切割速度快、切縫寬度小、加工質量高，可以大幅度降低成本，縮短新車型的研發周期，具有良好的經濟價值和應用前景。
三維激光切割發展趨勢
1.伴隨著激光器向大功率發展以及采用高性能的CNC及伺服系統，使用高功率的激光切割可獲得高的加工速度，同時減小熱影響區和熱畸變；所能夠切割的材料板厚也格進一步地提高。
2.根據激光切割工藝參數的影響情況，改進加工工藝
3.激光切割將向高度自動化、智能化方向發展。將CAD/CAPP/CAM[4]以及人工智能運用于激光切割，研制出高度自動化的多功能激光加工系統。
4.向多功能的激光加工中心發展，將激光切割、激光焊接以及熱處理等各道工序后的質量反饋集成在一起，充分發揮激光加工的整體優勢。
5.隨著Internet和WEB技術的發展，建立基于WEB的網絡數據庫，采用模糊推理機制和人工神經網絡來自動確定激光切割工藝參數，并且能夠遠程異地訪問和控別激光切割過程成了不可避免的趨勢。
6.三維高精度大型數控激光切割機及其切割工藝技術，為了滿足汽車和航空等工業的立體工件切割的需要，三維激光切割機正向高效率、高精度、多功能和高適應性方向發展。
展開 
三維曲面件柔性成形技術的現狀
三維曲面件的應用非常廣泛，很多重點工程與重大項目中都需要能夠快速加工高質量三維曲面件的先進制造技術。由于模具設計與制造成本高、準備周期長；在單件生產或批量較小的曲面件制造中，急需不用模具的柔性成形技術；然而在大型曲面件室溫成形時，由于材料加工后的回彈大，而且容易產生多種加工缺陷，實現柔性成形的難度比較大。為了解決大型曲面件柔性成形難題，吉林大學開展了大量的基礎理論研究、生產裝備研制、成形工藝開發及實際應用等多方面的工作，研究了多點數字化模具成形、柔性拉伸成形、柔性輥壓成形等多種柔性成形技術，形成為柔性成形與數字化制造系列技術，已經應用于多個重點項目中。
三維曲面件大量應用于航空航天、船舶艦艇、高速列車等交通工具及現代建筑的裝飾幕墻等方面。模具成形是常用的三維曲面件加工技術，但模具成形要使用整體模具，需要長時間的模具設計、加工制造和調試等過程，生產準備周期很長；而且使用一套模具只能成形一種特定形狀與尺寸的曲面件，針對每一種不同形狀與尺寸的曲面零件都需要一套或數套與之對應的模具，所以前期制造成本很高。長時間的生產準備周期和昂貴的前期制造成本使得模具成形適用于大批量生產，但不適合單件或小批生產，從而限制其在產品的個性化、多樣化以及更新換代等方面的發展。為替代傳統的曲面成形用整體模具，國內外很多機構與企業開展了大量與柔性制造相關的研究，并開發了多種柔性成形技術，如應用在造船業的水火彎板、航空制造業的噴丸成形、單點漸進成形等，但普遍存在加工效率低、成形精度差等問題。
多點成形屬于一種先進的柔性成形技術，主要思路是將整體模具離散為規則排列的基本體單元，通過數控手段調整各基本體單元的高度，構造出不同的成形型面，從而實現板料的不同三維曲面成形。
展開 一文了解目前所有的視覺三維重建技術
基于視覺的三維重建關鍵技術研究綜述. 自動化學報, 2020, 46(4): 631-652. doi: 10.16383/j.aas.2017.c170502
三維重建經過數十年的發展, 已經取得巨大的成功。基于視覺的三維重建在計算機領域是一個重要的研究內容, 主要通過使用相關儀器來獲取物體的二維圖像數據信息, 然后, 再對獲取的數據信息進行分析處理, 最后, 利用三維重建的相關理論重建出真實環境中物體表面的輪廓信息。基于視覺的三維重建具有速度快、實時性好等優點, 能夠廣泛應用于人工智能、機器人、無人駕駛、SLAM (Simultaneous localization and mapping)、虛擬現實和3D打印等領域。三維重建技術的分類方法如下圖所示：
三維重建技術的分類
三維重建技術優缺點對比一覽
基于主動視覺的三維重建技術
基于主動視覺的三維重建技術主要包括激光掃描法、結構光法、陰影法和TOF技術、雷達技術、Kinect技術等。
1、激光掃描法
激光掃描法其實就是利用激光測距儀來進行真實場景的測量。首先, 激光測距儀發射光束到物體的表面, 然后, 根據接收信號和發送信號的時間差確定物體離激光測距儀的距離, 從而獲得測量物體的大小和形狀。
展開 CAE干貨丨航空發動機三維數值仿真技術
引入人工智能技術，一方面，結合發動機物理規律和機器學習方法，獲取融合多系統特征的發動機降階模型，并在此基礎上進行多學科耦合仿真，可實現高效率求解、獲得高精度數值解，拓展仿真應用技術的邊界；另一方面，利用知識計算技術，引入試驗、裝配及使用數據特性因子，構建適合航空發動機全流程仿真的統一權威真相源，提高模型的應用范圍和仿真的可信度，若進一步與實時數據結合，可構建高保真發動機數字孿生體，實現發動機的整機實時仿真，并提供獨特且有價值的可視化展示。
部件／ 整機級／ 飛機發動機一體化全三維高保真仿真
隨著計算機技術的飛速發展，E級（Exascale）計算機于近年投入使用，其超大規模的計算資源和對復雜模型的分析能力將給航空發動機仿真帶來前所未有的發展機遇，目前航空發動機仿真中存在的因計算能力不足無法開展的問題將可能得到完美解決。
對于全發動機湍流燃燒及整機進排氣耦合模擬，當前普遍采用RANS方法降低部分網格量進行典型狀態的差量計算，但對于渦扇發動機非設計狀態的非定常仿真，包含全環旋轉部件、二次流、燃燒化學和耦合熱傳導等復雜幾何和復雜流動現象，必須保證網格數量，其計算量無疑是巨大的。例如渦輪葉片的壽命預測是一個典型的多學科問題，要求模擬外部空氣動力學問題、冷卻通道流動、熱傳導、結構動力學和壽命預測，葉片故障通常由局部現象主導，因而高保真度仿真將會是提高壽命分析可靠性的基本因素，實際的分析只能采用高低保真度模型混合的方法，結果偏差較大。Burdet和Abhari估計準確模擬膜冷卻渦輪葉片所需要的網格點數在5000萬到1億個。
展開 整機全三維仿真技術加速航空發動機研發
整機全三維仿真技術作為加快航空發動機研發的數字引擎，可在虛擬數字空間實現發動機整機全三維性能高精度快速預測，解決發動機整機匹配問題，縮短研發周期、降低研制風險和成本，實現從傳統設計到預測設計的模式轉變，加速航空發動機研發進程。
圖1 項目研究方案
傳統航空發動機的研制采用的是“設計、試驗驗證、修改設計、再試驗”反復迭代的串行研制模式，特別是整機性能更是需要通過大量的試驗進行驗證，這將導致驗證周期長、試驗成本和風險高，無法滿足當前航空發動機快速研制的需求[1,2]。目前，整機性能評估方法主要停留在一維階段，各個部件之間的參數傳遞精度、維度都比較低，極大地影響了發動機整機性能參數的準確評估[3]。隨著計算流體力學（CFD）技術和信息技術的快速發展，發動機整機全三維仿真已經成為可能，該技術可預測發動機穩態條件下的整機性能、預估部件之間匹配工作狀態、指導部件之間一體化設計、為部件設計提供技術依據。同時，整機仿真工作有助于促進航空發動機整機研發從一維向三維設計發展，極大地提高航空發動機總體設計精度和水平，進一步完善航空發動機設計體系。
研究方案
為快速形成整機全三維仿真能力，加快推進整機仿真技術在發動機工程研制中的轉化運用，急需做到提高仿真精度和加快仿真進度。為此，創新團隊按照航空發動機正向研發的思路，提出了航空發動機整機CFD仿真方法研究方案，如圖1所示。一方面，為提高整機仿真精度，通過開展整機復雜模型建模方法、網格生成技術、高精度求解算法等方法研究，形成一套適合工程使用的整機仿真方法與工具；另一方面，為加快仿真進度、縮短整機仿真周期，開發了一套標準化的整機仿真平臺，優化仿真流程、集成核心算法、固化仿真經驗，最終建立整機全三維仿真設計體系，以支持航空發動機快速研制。
展開 