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Smart Design and Manufacturing the Welded Q350 Steel Frames via Lifecycle Management Strategy of Digital Twin

Journal of Beijing Institute of Technology 2023年第4期32卷 385-395页

作者： letian fan Xinchao Wang Yongsheng Chen Li Wang Shumi Liu Yuanfei Wang Xinwei Li Kun Du Jia Zhang Xingyu Gao Feng Sun Haifeng Song William Yi Wang Jinshan Li R&D Center CRRC Tangshan Co.Ltd.Tangshan 063035HebeiChina Innovation Centre NPU ChongqingChongqing 401135China State Key Laboratory of Solidification Processing Northwestern Polytechnical UniversityXi’an 710072China Western Superconducting Technologies Co. Ltd.Xi’an 710018China Chongqing Ti-master Co. LtdChongqing 401135China Laboratory of Computational Physics Institute of Applied Physics and Computational MathematicsBeijing 100088China

Artificial intelligent aided design and manufacturing have been recognized as one kind of robust data-driven and data-intensive technologies in the integrated computational material engi-neering(ICME)*** by the dramatical developments of the services of China Railway High-speed series for more than a decade,it is essential to reveal the foundations of lifecycle man-agement of those trains under environmental ***,the smart design and manufacturing of welded Q350 steel frames of CR200J series are introduced,presenting the capability and opportu-nity of ICME in weight reduction and lifecycle management at a cost-effective *** order to address the required fatigue life time enduring more than 9×10^(6)km,the response of optimized frames to the static and the dynamic loads are comprehensively *** is highlighted that the maximum residual stress of the optimized welded frame is reduced to 69 MPa from 477 MPa of previous existing *** on the measured stress and acceleration from the railways,the fatigue life of modified frame under various loading modes could fulfil the requirements of the lifecycle ***,our recent developed intelligent quality control strategy of welding process mediated by machine learning is also introduced,envisioning its application in the intelligent weld-ing.

关键词： fatigue intelligent manufacturing integrated computational materials engineering(ICME) digital twin machine learning

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Optimizing hardware-software co-design based on non-ideality in memristor crossbars for in-memory computing

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Science China(Information Sciences) 2025年

作者： Pinfeng JIANG Danzhe SONG Menghua HUANG fan YANG letian WANG Pan LIU Xiangshui MIAO Xingsheng WANG School of Integrated Circuits Huazhong University of Science and Technology Hubei Yangtze Memory Labs

The memristor crossbar, with its exceptionally high storage density and parallelism, enables efficient vector matrix multiplication (VMM), significantly improving data throughput and computational efficiency. However, its analog computing is vulnerable to issues like IR-drop, device-to-device (D2D) variation, and stuck-at-fault (SAF), leading to a substantial decrease in the inference accuracy of neural networks deployed on crossbars. This work presents a hardware-software co-design approach tailored to deal with memristor crossbar non-ideality. We introduce an end-to-end functional array simulator (FAST) for precise and ultra fast end-to-end training, mapping, and evaluation of neural networks on the memristor crossbar. Utilizing the sparsity of the memristor crossbar coefficient matrix, it achieves simulation with low storage and computational resource requirements,dynamically selecting the optimal solution to complete the process. It can also precisely simulate the impact of non-ideal effects such as IR-drop, retention, variation, SAF, and AD/DA precision. Using FAST, we assess memristor crossbar matrix operations under non-ideal conditions, identifying the max throughput and the most energy-efficient crossbar configurations. Additionally,we propose a comparator-based activation function modulation (CAFM) scheme and its corresponding hardware architecture with programmable activation function circuits to address the IR-drop issue, enabling low power and area overheads, resulting in the recovery of neural network accuracy by 54%or more. This is validated within FAST, demonstrating the success of our hardware-software optimization co-design.

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第一性原理研究应力对6005A铝合金电子结构和弹性性质的影响

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铸造技术 2023年第5期44卷 456-461页

作者：范乐天中车唐山机车车辆有限公司产品研发中心河北唐山063000

6005A铝合金中的纳米析出相可以有效提高合金的力学性能。然而,纳米级的尺寸和取向变化极大地阻碍了对析出相之间的潜在关系和晶体结构的理解。因此,本文用第一性原理计算研究了6005A铝合金中Mg_(5)Si_(6)、Mg_(9)Si_(5)和Mg_(2)Si 3种... 详细信息

6005A铝合金中的纳米析出相可以有效提高合金的力学性能。然而,纳米级的尺寸和取向变化极大地阻碍了对析出相之间的潜在关系和晶体结构的理解。因此,本文用第一性原理计算研究了6005A铝合金中Mg_(5)Si_(6)、Mg_(9)Si_(5)和Mg_(2)Si 3种析出相在有无应力条件下的结构稳定性、力学性质和电子结构。无应力条件下的计算结果与以前的实验和理论结果符合得较好。结果表明,压缩应力不仅会增加3种析出相的韧性,还会降低Mg2Si的带隙。此外,应力条件下会普遍提高析出相的生成焓和内聚能,从而降低其稳定性,促使亚稳态析出相向稳态析出相转变。这些发现将有助于进一步理解6005A铝合金析出相的结构行为和力学性能,对改善6005A铝合金性能具有理论指导意义。

关键词： 6005A铝合金析出相第一性原理力学性能电子结构应力

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河北省立工业学院的机械工程教育(1903-1935)

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河北工业大学学报（社会科学版） 2021年第4期13卷 66-74页

作者：范乐天中国科学技术大学科技史与科技考古系安徽合肥230026

河北省立工业学院是晚清民国时期的一所特色鲜明的省属工科院校。以该校机械工程教育为研究对象,利用档案、报刊和校史等文献,从师资延聘、课程设置、实习与设备、生源与就业等方面入手,重组该校机械工程教育(1903—1935)的历史图景。... 详细信息

河北省立工业学院是晚清民国时期的一所特色鲜明的省属工科院校。以该校机械工程教育为研究对象,利用档案、报刊和校史等文献,从师资延聘、课程设置、实习与设备、生源与就业等方面入手,重组该校机械工程教育(1903—1935)的历史图景。该校机械工程教育秉持一贯的“工学并举”传统,在深受日本、美国教育模式影响的同时,仍结合自身实际与工业化趋势,探索出一套突出实践性、系统性、前瞻性的教学体系。

关键词：直隶高等工业学堂河北省立工业学院河北工业大学工程教育史机械工程

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承“通”启“专”:民国后期的机械工程教育——以西北工学院为中心

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中国科技史杂志 2024年第1期45卷 159-169页

作者：丁兆君范乐天刘培中国科学技术大学科技史与科技考古系

民国后期的机械工程教育处于“通”“专”交替的历史节点，对其进行历史考察有助于揭示中国近代机械工程教育的局限，进而加深对新旧工程教育转换的理解。本文以西北工学院为中心，以专业化的视角逐次论述该校机械工程教育在部颁标准基... 详细信息

民国后期的机械工程教育处于“通”“专”交替的历史节点，对其进行历史考察有助于揭示中国近代机械工程教育的局限，进而加深对新旧工程教育转换的理解。本文以西北工学院为中心，以专业化的视角逐次论述该校机械工程教育在部颁标准基础上的调整、对海外课程的模仿、与业界需求的互动以及增设专业组的尝试。由此得知，机械工程教育的专业化充满困窘与盲目，这并不源于与之形似神异的美国模式，而是在师资、设备的限制下，国内教育界未能充分考量理论与实际的结果。

关键词：机械工程教育西北工学院国民政府专业化

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高等院校工科专业的“三结合”体制初探

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科学文化评论 2020年第6期17卷 43-54页

作者：范乐天刘培中国科学技术大学科技史与科技考古系

20世纪70年代的教学、生产劳动、科学研究三结合体制是"教育革命"的重要组成部分,其思想源头是马列原典对生产实践的重视,本质上是国内经验对苏式教育体制的改造。"三结合"体制对高等院校工科专业的影响十分复杂,其狭隘的实用主义摒弃... 详细信息

20世纪70年代的教学、生产劳动、科学研究三结合体制是"教育革命"的重要组成部分,其思想源头是马列原典对生产实践的重视,本质上是国内经验对苏式教育体制的改造。"三结合"体制对高等院校工科专业的影响十分复杂,其狭隘的实用主义摒弃学术训练中的模拟成分,给教学工作造成了严重的负面影响。但是另一方面,参与"三结合"的不少中青年教师也得到了科研历练,产出了一些有分量的科研成果,这在一定程度上缓解了"文革"时期科技工作者青黄不接的境况。

关键词：三结合教育革命开门办学金属工艺学毕业实践

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弹性粘接技术在高速动车组上的应用

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城市轨道交通研究 2014年第3期17卷 125-128页

作者：潘乐范乐天黄少东陈永盛唐山轨道客车有限责任公司产品研发中心唐山∥工程师063035

弹性粘接技术在交通运输行业应用广泛,但国内关于其在高速动车组上的应用研究才刚起步,目前主要沿用的是引进高速动车组时的粘接体系。以聚氨酯胶黏剂在高速动车组上的成功应用为例,介绍了弹性粘接技术的概念及其材料的特点,总结了弹性... 详细信息

弹性粘接技术在交通运输行业应用广泛,但国内关于其在高速动车组上的应用研究才刚起步,目前主要沿用的是引进高速动车组时的粘接体系。以聚氨酯胶黏剂在高速动车组上的成功应用为例,介绍了弹性粘接技术的概念及其材料的特点,总结了弹性粘接接头的设计思路和设计方法。

关键词：高速动车组弹性粘接技术粘接接头设计聚氨酯胶黏剂

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基于焊缝疲劳寿命分析的高速列车裙板结构设计

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机车电传动 2015年第5期 46-49页

作者：王广明范乐天魏庆龙丛林郭鹞唐山轨道客车有限责任公司科技管理部河北唐山063035

以CJ-2型动车组设备舱裙板为研究对象,采用FE-safe中verity模块等效结构应力法,基于主S-N曲线,进行了焊缝疲劳分析。分析和优化结果可为高速列车裙板结构的可靠性评估和优化设计提供参考。

关键词：裙板焊缝疲劳 FE-safe 主S-N曲线等效结构应力法高速列车可靠性评估

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疲劳加速后6005A铝合金薄板MIG焊接头力学性能研究

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电焊机 2019年第3期49卷 72-78页

作者：张锦华范乐天杨帅中车唐山机车车辆有限公司河北唐山063035

通过对6005A铝合金型材MIG焊搭接接头进行带有预加速试验的微观组织分析和力学性能测试,研究不同应力级下的高周交变应力加载对焊接接头力学性能和微观组织的影响。结果表明:未经过加速试验试样的抗拉强度平均值为204.836 3 MPa;经过60... 详细信息

通过对6005A铝合金型材MIG焊搭接接头进行带有预加速试验的微观组织分析和力学性能测试,研究不同应力级下的高周交变应力加载对焊接接头力学性能和微观组织的影响。结果表明:未经过加速试验试样的抗拉强度平均值为204.836 3 MPa;经过60%疲劳极限加速试验试样的抗拉强度平均值为204.028 2 MPa,断裂位置均为HAZ;经过90%疲劳极限加速试验试样的抗拉强度平均值为188.701 6 MPa;未加速疲劳试样焊缝中心硬度平均值为69.30 HV,60%加速疲劳试样焊缝中心的硬度平均值为70.07 HV,90%疲劳试样焊缝中心硬度平均值为66.45 HV。未经过加速试验试样和经过60%疲劳极限加速试验试样的冲击功平均值均为6.67 J;经过90%疲劳极限加速试验试样的冲击功平均值为6 J。性能变化的原因在于晶粒的形态尺寸的改变,加速试验中所加载荷较高时,焊接接头的晶粒被拉长,产生合并现象,晶界面积减小,晶界储能减小。

关键词： 6005A MIG 疲劳加速力学性能微观组织

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高速列车焊接结构件抗疲劳性能研究

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铁道机车车辆 2015年第B5期35卷 96-98页

作者：马纪军范乐天傅振亮谈立成中国北车唐山轨道客车有限责任公司河北唐山063035

列车在高速运行的条件下,受到的气动交变载荷及转向架传递的振动载荷对列车影响较大,致使其焊接结构部件发生了疲劳破坏。为提高结构件的抗疲劳性能,对动车组焊接结构件进行疲劳强度分析十分必要。本文以高速列车焊接结构件为研究对象,... 详细信息

列车在高速运行的条件下,受到的气动交变载荷及转向架传递的振动载荷对列车影响较大,致使其焊接结构部件发生了疲劳破坏。为提高结构件的抗疲劳性能,对动车组焊接结构件进行疲劳强度分析十分必要。本文以高速列车焊接结构件为研究对象,通过理论研究、运营数据分析、仿真计算和线路试验,制定了抗疲劳性能的设计方案,从而提高了结构件的疲劳寿命,从而节约车辆的制造成本。

关键词：高速列车疲劳焊接结构件

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