1 广西大学省部共建特色金属材料与组合结构全寿命安全国家重点实验室，广西 南宁 530004
2 广西大学机械工程学院激光智能制造与精密加工研究所，广西 南宁 530004
增材制造（AM）的零件若存在悬垂部件，则往往需要添加额外的支撑结构，这不仅会影响打印效率，而且拆除支撑也会引发新的问题。结构自支撑设计能使增材制造摆脱对支撑结构的依赖，现已成为国内外的研究热点。本文首先总结了增材制造结构自支撑设计的原理，接着综述了增材制造零件整体结构自支撑设计的研究进展以及增材制造填充结构自支撑设计的研究进展。其中，根据不同的结构优化方式，将增材制造零件整体结构自支撑设计进一步划分为基于连续体结构拓扑优化、离散结构拓扑优化和形状优化的结构自支撑设计，并分析了各类优化方法的优缺点。最后，讨论了提升计算效率以及提升结构性能的解决方案，并对未来的应用场景以及未来的研究重点进行了展望。
增材制造 结构优化 拓扑优化 填充结构 结构自支撑 中国激光
2024, 51(10): 1002307
强激光与粒子束
2024, 36(4): 043012
1 东北大学 深部金属矿山安全开采教育部重点实验室，沈阳 110819
2 酒泉钢铁集团有限责任公司 镜铁山矿业有限公司，嘉峪关 735100
3 山东恒邦冶炼股份有限公司，烟台 264109
黑沟矿区露天台阶爆破采用连续装药结构，爆破后大块率高，二次破碎工作量大，严重影响矿山后续铲装作业效率。基于爆破模拟软件JKSimBlast中露天开采2DBench模块，开展露天爆破装药结构优化研究。选择常用空气间隔器作为间隔材料，保持炮孔深度17.5 m和装药长度10 m不变，以空气间隔器长度、中间间隔位置为研究对象，以大块率为评价指标，设计两因素五水平共计25组全因素组合实验。模拟结果表明空气间隔长度相同时随着间隔位置下移，爆破大块率先减小后又增大，存在一个最佳间隔位置。间隔位置相同时随间隔长度增大大块率先减小后增大，进而确定最佳间隔长度2 m与最佳间隔位置距离孔口11.5 m。最后，基于优化结构在5个不同爆破区域开展现场工业试验，选取区域3优化前后爆堆照片作为参考组，利用SplitDesktop 爆破分析软件进行数据处理，得到5个区域优化前后大块率并进行比对，结果显示优化后的装药结构爆破后大块率平均降低9.24%，优化后的间隔装药结构有效改善爆破效果，为露天矿装药结构选择和优化提供有益借鉴。
台阶爆破 装药结构优化 大块率 open blasting JKSimBlast JKSimBlast optimization of charging parameters boulder yield
1 民航航空器适航审定技术重点实验室, 天津 300300
2 中国民航大学 安全科学与工程学院, 天津 300300
针对传统的环形振荡器(RO)检测精度较低、检测面积较小的问题, 对传统的RO结构进行改进, 提出一种结构优化的RO。结构优化的RO通过增大与木马电路的接触面积来提高木马检测率和检测面积。在FPGA上的实验结果表明, 相比于传统的RO检测方法, 结构优化的RO有以下优点：1) 能够精确地检测出仅有20个逻辑单元的硬件木马; 2) 将RO的检测面积扩大了约1倍。
硬件木马 结构优化 环形振荡器 hardware Trojan structural optimization ring oscillator FPGA FPGA
1 昆明理工大学 理学院，云南 昆明 650091
2 云南大学 物理与天文学院，云南 昆明 650091
本文系统报道了基于InAs/GaSb Ⅱ类超晶格（T2SLs）的长波红外探测器的研究进展。从衬底、材料生长以及器件性能角度对比分析了基于GaSb、InAs 衬底的各种器件结构的优缺点。分析结果表明，以InAs 为衬底、吸收区材料为InAs/InAs1－xSbx、PB1IB2N 型的结构为相对优化的器件结构设计，结合ZnS 和Ge 的多层膜结构设计或者重掺杂缓冲层，同时采用电感耦合等离子体（inductively coupled plasma）干法刻蚀工艺，该器件的50%截止波长可达12 ?m，量子效率（quantum efficiency）可提升到65%以上，暗电流密度降低至1×10－5 A/cm2。并归纳总结了InAs/GaSb T2SLs 长波红外探测器未来的发展趋势。
InAs/GaSbⅡ类超晶格 器件结构 暗电流 量子效率 结构优化 InAs/GaSb type-II superlattices, device structure,
1 首都师范大学物理系, 北京 100048
2 太赫兹光电子学教育部重点实验室, 北京 100048
本文设计了一种非对称金属十字单元结构, 该结构由沉积于石英基底上的两个相互垂直共面金条构成。传统的金属十字结构中常用的LC谐振和偶极子谐振的辐射损耗较大, 限制了超表面传感器实现高品质因子和高透射率, 故通过打破传统金属十字结构的对称性, 引入类Fano共振效应, 从而使得透射峰灵敏度达到了218 GHz/RIU, 传感器的品质因子达到了78.3。通过分析该超表面的电场和表面电流分布, 探究了Fano共振效应的物理机制, 并进一步研究太赫兹传感器的结构参数对透过谱的影响, 通过调整结构参数优化该传感器的传感性能。最后, 设计了具有不同共振频率的非对称金属十字太赫兹传感器以便后续用于不同种类的微量氨基酸溶液的检测。
太赫兹 超表面 高灵敏度 高品质因子 非对称结构 Fano共振 结构优化 terahertz metasurface high sensitivity high quality factor asymmetric structure Fano resonance structure optimization
1 海南师范大学物理与电子工程学院海南省激光技术与光电功能材料重点实验室，海南 海口 571158
2 齐鲁工业大学（山东省科学院）海洋仪器仪表研究所，山东 青岛 266061
3 青岛海洋科技中心，山东 青岛 266237
为了进一步提高传统保偏光纤的双折射，设计了一种高双折射椭圆芯类矩形保偏光纤，该光纤具有一个椭圆芯和两个对称的类矩形应力区。采用数值模拟的方法，全面研究了类矩形应力区的尺寸和纤芯的椭圆度对保偏光纤双折射特性的影响。通过优化参数得到椭圆芯类矩形保偏光纤在1550 nm波长下的双折射为8.0794×10-4，与传统熊猫型保偏光纤的双折射相比增加了近一倍。此外，还研究了所设计光纤在C通信波段（1530~1565 nm）内双折射与波长变化的关系。该光纤结构简单，具有应用于光纤通信和光纤传感领域的潜力。
保偏光纤 保偏性能 模式双折射 结构优化 光学学报
2023, 43(20): 2006007
为了解决周期格栅结构在低频领域的振动问题, 基于局域共振机理, 本文设计了一种新型复合二维周期格栅结构, 结合有限元方法对结构的带隙机理及低频共振带隙特性进行了分析和研究, 并在此基础上对结构进行优化设计。分析发现, 仅对包覆层结构进行优化, 便可大幅降低带隙的起始频率。带隙的位置由对应局域共振模态的固有频率决定, 通过改变结构的材料和尺寸参数可以将带隙调节到满足实际工程应用的范围。数值仿真结果与试验测试结果一致, 该结构可在40~90 Hz的低频范围打开宽度50 Hz的完全带隙, 最大振动衰减达到36 dB。这种结构设计为周期格栅结构获得低频、超低频带隙提供了一种有效的方法, 具有潜在的应用前景。
二维周期格栅 局域共振 低频带隙 声子晶体 结构优化 减振降噪 two-dimensional periodic lattice local resonance low frequency band gap phononic crystal structural optimization vibration and noise reduction
