检索结果-内蒙古大学图书馆

作者：殷莎哈尔滨工业大学

学位级别：博士

材料科学家Ashby教授总结了材料的发展规律，并提炼了一系列新材料的设计准则，包括运用化学知识创造新合金或聚合物、调控微结构和设计混杂材料。近年来涌现出来的点阵材料，由于轻质高效的结构形式及开放的内部空间，而被认为是最有... 详细信息

材料科学家Ashby教授总结了材料的发展规律，并提炼了一系列新材料的设计准则，包括运用化学知识创造新合金或聚合物、调控微结构和设计混杂材料。近年来涌现出来的点阵材料，由于轻质高效的结构形式及开放的内部空间，而被认为是最有应用潜力的结构功能一体化材料。这些超轻点阵材料既可以应用于高科技领域，如航天器、航母平台、大飞机中，也可以在风力发电、家用汽车等民用领域占据一席之地。大力发展轻量化材料，能推进相关工程技术的更新与发展，也可以促进节约型社会的建设。第1章首先回顾了金属点阵结构的构型发展情况，并对复合材料点阵结构的国内外研究现状进行了综述，接着介绍了多层级结构的概念与研究概况，最后总结了微纳尺度点阵材料的相关制备技术及研究进展。相比于金属点阵结构的研究，以纤维复合材料为母体材料的点阵结构及微尺度点阵材料尚处于初级研究阶段，结构形式及杆件类型都显单一，且在低密度时易发生杆件屈曲破坏从而降低了这类结构的性能。为此，本文的研究目的是以Ashby的一系列设计思想为指导，从原始设计上提高结构的抗屈曲特性并发展新型点阵结构，希望可以丰富现有材料的结构形式，并在最终性能上填补现有材料的空白，从而为实际应用提供更多的选择。第2章基于微结构设计的思想发展了空心金字塔型复合材料点阵结构，并利用热膨胀模塑成型法首次制备出不同相对密度的空心点阵结构。面外压缩试验证明了空心复合材料点阵结构在低密度下的抗屈曲特性得以提高，压缩强度为相同相对密度下实心点阵结构的2倍；单臂剪切实验结果表明空心点阵结构的剪切强度与点阵杆件及杆件节点处的强度均有关，且高于相同相对密度下的实心金字塔型点阵结构；在承受面内压缩载荷时，空心金字塔型点阵结构与实心金字塔型点阵结构的承载效率相同，经最小质量设计后的点阵结构，在承受相同载荷时分别比聚合物泡沫夹芯结构和金属泡沫夹芯结构减重17%和21%。第3章基于材料混杂设计的思想，提出了混杂杆件复合材料点阵结构的概念。选择了轻木和硅橡胶两种杆内芯材，并制备出相应的混杂杆件金字塔型复合材料点阵结构。轻木芯混杂杆件点阵结构的比强度较实心点阵结构提高了19%；而橡胶芯混杂杆件点阵结构在单位体积上的能量吸收能力超过了空心点阵结构，但单位质量吸收的能量有所降低；另外，杆内填充橡胶后，点阵结构的抗局部冲击特性得以增强，等效阻尼损耗因子却由于杆内橡胶较小的应变能贡献率而略低于空心点阵结构。然而研究表明，混杂杆件复合材料点阵结构经合理设计后，可扩大材料比强度性能库，同时又能实现点阵结构的多功能化。第4章基于多层级构造思想，发展了拉伸或弯曲主导构型在不同尺度上混合的多层级结构，分别为宏-细观尺度上的拉-拉及拉-弯混合型两类多层级复合材料点阵结构，并提出了相应的制备方法。对这些结构的压缩效率进行评估，发现这两类多层级结构与优化后的空心金字塔型复合材料点阵结构效率相当，且优于其它易屈曲的低阶多孔芯材。接下来，详细探讨了不同尺度结构构型对多层级结构性能的影响，发现对于经过优化设计的多级结构，宏观尺度结构拓扑构型的效率直接决定了多层级结构的效率，而细观尺度结构拓扑构型则影响不大。另外，研究表明复合材料点阵杆件的铺层方式会影响点阵结构的效率，在承受面外压缩时，按面内方向铺层形成的点阵结构压缩效率更高，本章中所发展的按面内方向铺层的拉-弯混合型多层级复合材料点阵结构，由于宏观尺寸小、结构效率高及制备工艺简单而被认为最有应用前景。第5章对美国加州HRL实验室的聚合物微点阵材料在不同应变率下的惯性稳定性效应进行了研究。首先，利用自蔓延波导法制备了七类不同几何尺寸的柔性聚合物微点阵材料及其夹芯结构。通过DSC和DMA实验对聚合物材料的热力学性能进行了表征，其中DMA试验结果表明聚合物的玻璃化转变温度随着测试频率（对应着加载应变率）的减小而降低。微点阵结构随着应变率的增加出现了强化现象，对实验结果进行分析后发现，点阵杆件的惯性稳定性效应是出现结构强化的主要原因，且在高应变率下对高弦长比的聚合物微点阵结构更加明显，这一结论可以用于指导动态应用中的柔性结构设计。

关键词： Ashby设计思想点阵结构微结构设计多层级构造力学性能结构效率

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基于能量法的微结构拓扑优化设计(英文)

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Chinese Journal of Aeronautics 2007年第4期 321-328页

作者：张卫红西北工业大学现代设计与集成制造技术教育部重点实验室

提出了基于能量法的微结构灵敏度计算和构型优化新方法,与均匀化方法相比,虽然本质相同,但计算效率高、且软件实现更加简便。本文以微结构等效弹性矩阵各分量的不同组合为设计目标,采用对偶凸规划方法结合周长约束策略进行二维、三维微... 详细信息

提出了基于能量法的微结构灵敏度计算和构型优化新方法,与均匀化方法相比,虽然本质相同,但计算效率高、且软件实现更加简便。本文以微结构等效弹性矩阵各分量的不同组合为设计目标,采用对偶凸规划方法结合周长约束策略进行二维、三维微结构构型优化设计。算例结果表明,采用能量法的微结构优化方法与均匀化方法具有相同的效果,不仅能获得具有极端特性构型的材料微结构,而且具有推导简洁、编程简单的优点。

关键词：能量法均匀化方法微结构设计拓扑优化

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基于变密度法的热传导结构拓扑优化设计

基于变密度法的热传导结构拓扑优化设计

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作者：陈拥平华中科技大学

学位级别：硕士

在航空航天、汽车工业、集成电路等制造业领域中,设备结构的热防护问题一直是学者们广泛探讨的热点。传统基于经验的结构设计方法已经不能满足实际工程的需求,拓扑优化技术的发展,为工程热防护结构的设计开辟了一条新的途径。本文基于... 详细信息

在航空航天、汽车工业、集成电路等制造业领域中,设备结构的热防护问题一直是学者们广泛探讨的热点。传统基于经验的结构设计方法已经不能满足实际工程的需求,拓扑优化技术的发展,为工程热防护结构的设计开辟了一条新的途径。本文基于变密度法研究热传导结构拓扑优化设计,从宏观和微观两个尺度出发,分别开展了宏观散热结构和热传导微结构拓扑优化设计。在此基础上,深入研究具有热传导性能的多孔结构,实现了热传导结构宏微观多尺度拓扑优化设计。主要工作如下:首先,针对变密度法中经常出现的灰度单元,提出了一种新的过滤方法,并应用于宏观散热结构的拓扑优化设计。该方法是在传统优化准则法中引入敏度过滤和灰度过滤相结合的过滤机制,有效抑制了优化过程中灰度单元的产生。同时,将预处理共轭梯度法引入到三维散热结构的优化设计中,极大的提高了优化效率。通过二维和三维的算例分析,对所提出方法的有效性进行了验证。其次,针对多孔结构的可设计性,基于均匀化方法,对微观尺度下的热传导微结构拓扑优化设计进行了研究,提出了一种以等效热传导系数的加权组合为目标的优化模型,利用改进的优化准则法进行了优化求解,并采用上述过滤方法抑制了灰度单元的产生。通过四个典型算例对比分析了所提出模型和方法的有效性和合理性。最后,针对上述宏观结构拓扑优化设计和微结构拓扑优化设计,研究了热传导结构多尺度拓扑优化设计,提出了一种基于热传导结构的宏观和微观多尺度并行优化设计方法,利用改进的优化准则法进行了优化模型的求解,通过算例实现了热传导结构多尺度拓扑优化设计,为实际工程应用中的散热研究提供了重要的指导意义。

关键词：拓扑优化热传导结构变密度法均匀化理论微结构设计多尺度优化设计

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多型负泊松比材料-结构协同设计

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湖北汽车工业学院学报 2023年第4期37卷 64-69,75页

作者：崔飞蝶董焱章李青峰湖北汽车工业学院汽车工程学院湖北十堰442002 汽车动力传动与电子控制湖北省重点实验室湖北十堰442002

为提高负泊松比材料的刚度性能,同时保证负泊松比材料的冲击吸能特性,提出材料-结构协同优化设计,以泊松比最小为目标,微观材料设计区域各单元的相对密度为设计变量,优化得到多种体分比下的最优微结构,同时基于刚度最大的优化目标得到... 详细信息

为提高负泊松比材料的刚度性能,同时保证负泊松比材料的冲击吸能特性,提出材料-结构协同优化设计,以泊松比最小为目标,微观材料设计区域各单元的相对密度为设计变量,优化得到多种体分比下的最优微结构,同时基于刚度最大的优化目标得到宏观结构的材料分布,根据宏观最佳材料分布来指导各微结构间的排列组合,建立多型微结构负泊松比材料模型。仿真结果表明:与单一型负泊松比材料相比,多型负泊松比材料有较好的刚度增强效果和更好的能量吸收能力。

关键词：负泊松比冲击吸能拓扑优化微结构设计

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周期性复合材料微结构的多目标拓扑优化设计

周期性复合材料微结构的多目标拓扑优化设计

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中国计算力学大会'2010（CCCM2010）暨第八届南方计算力学学术会议（SCCM8）

作者：刘远东尹益辉胡文军中国工程物理研究院总体工程研究所

基于多尺度均匀化方法,以组分材料用量为约束,以等效弹性模量矩阵主对角线上分量的加权组合最大为目标,建立了周期性复合材料微结构的多目标优化设计模型。利用优化准则法控制设计目标与材料分布,以敏度过滤技术抑制棋盘格效应,实现了... 详细信息

基于多尺度均匀化方法,以组分材料用量为约束,以等效弹性模量矩阵主对角线上分量的加权组合最大为目标,建立了周期性复合材料微结构的多目标优化设计模型。利用优化准则法控制设计目标与材料分布,以敏度过滤技术抑制棋盘格效应,实现了微结构的构型优化。研究比较了微结构网格粗细、材料组分比对不同目标优化结果的影响。通过典型算例验证了优化模型和优化算法的有效性。

关键词：均匀化方法拓扑优化微结构设计多目标复合材料

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金属纤维多孔烧结板复杂网状模型的主动设计及传输特性仿真

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中南大学学报（自然科学版） 2015年第3期46卷 812-821页

作者：王清辉李伟晨黄祥李静蓉华南理工大学机械与汽车工程学院广东广州510640

提出一种针对金属纤维多孔烧结结构的主动设计方法。该方法基于Micro-CT扫描,对金属纤维多孔烧结板在不同工艺参数下模压成形样本进行三维重建,对其骨架网络的微观分布特征进行统计分析;提出与烧结板成形规律相映射的概率分布模型及参... 详细信息

提出一种针对金属纤维多孔烧结结构的主动设计方法。该方法基于Micro-CT扫描,对金属纤维多孔烧结板在不同工艺参数下模压成形样本进行三维重建,对其骨架网络的微观分布特征进行统计分析;提出与烧结板成形规律相映射的概率分布模型及参数驱动设计方法;基于该主动设计模型,采用计算流体力学仿真探究不同微结构分布特征对其流体传输特性的影响机制。研究结果表明:在正态分布概率密度函数控制下,主动设计模型中纤维段长度、角度分布规律与实测结果基本吻合;纤维板纤维孔隙结构对流体流速有增强效果且随孔隙率升高呈递减趋势;在相同入口流速条件下,压降随烧结板孔隙率升高呈递减趋势;烧结板内流体流速增强效果随正态分布方差的减小呈增加趋势。

关键词：金属纤维多孔结构微结构设计流动仿真

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叶尖抗冲蚀涂层的研究进展

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表面技术 2021年第8期50卷 137-155页

作者：张一凡陈淑年张志强陈琳廖斌欧伊翔英敏菊张旭北京师范大学核科学与技术学院北京100875 北京市科学技术研究院北京市辐射中心北京100089

从叶尖工况及损伤机理、涂层结构、研究现状、制备工艺等4个方面,综述了近年来国内外学者对于叶尖抗冲蚀涂层技术的研究进展。首先,介绍了压气机叶尖的实际工况及砂尘冲蚀损伤机理,如低入射角的微切削理论和高入射角的二次冲蚀理论。其... 详细信息

从叶尖工况及损伤机理、涂层结构、研究现状、制备工艺等4个方面,综述了近年来国内外学者对于叶尖抗冲蚀涂层技术的研究进展。首先,介绍了压气机叶尖的实际工况及砂尘冲蚀损伤机理,如低入射角的微切削理论和高入射角的二次冲蚀理论。其次,着重强调了抗冲蚀涂层的硬韧匹配、材料与结构设计。对纳米多层结构、纳米复合结构和单相固溶体结构的微观结构进行了深入阐述,对其非本征强韧化机制和结构设计准则进行了详细归纳。随后,介绍了抗冲蚀领域的最新研究进展。最后,深入对比了4种国际主流的离子束沉积技术在涂层微结构设计、成分调控等方面的技术特点。发现磁过滤阴极真空弧技术在制备叶尖抗冲蚀涂层方面具有传统涂层制备技术不可替代的优势。本着优化涂层性能和促进实践应用的目的,对磁过滤阴极真空弧技术精细定制化制备的叶尖抗冲蚀涂层的应用前景及工业化生产进行了展望,为该技术在叶尖防护领域的推广提供参考。

关键词：叶尖抗冲蚀微结构设计非本征强韧化机制离子束技术

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完全实现自主可控的国产光栅设计软件

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中国激光 2024年第14期51卷 264-274页

作者：丁新辉余惠李大为张军勇王利周琼卢兴强中国科学院上海光学精密机械研究所高功率激光物理联合实验室上海201800 中国科学院大学北京100049

通过对傅里叶模态法(也称严格的耦合波分析算法)的攻关与研究,介绍了一款国产的光栅设计与分析软件——光栅设计者。该软件独立开发,并完全自主可控,旨在填补国内光栅光学设计分析软件的空白。软件从算法开发与攻关开始,目前已取得了重... 详细信息

通过对傅里叶模态法(也称严格的耦合波分析算法)的攻关与研究,介绍了一款国产的光栅设计与分析软件——光栅设计者。该软件独立开发,并完全自主可控,旨在填补国内光栅光学设计分析软件的空白。软件从算法开发与攻关开始,目前已取得了重大进展并即将发布。软件核心代码的自主率达到100%,与VirtualLab和Gsolver等国际主流光栅设计软件的计算精度相当,且支持更多光栅类型的设计与分析,包含一维、二维光栅及微结构和超表面等复杂光学结构。光栅设计者以简明的界面,表格化的参数输入,灵活多变的光栅结构建模,强大的参数扫描能力和高效的并行效率为特点,降低了用户的学习成本,适用于从极紫外到太赫兹波段的电磁场计算与分析。

关键词：光栅光栅设计光学设计严格耦合波分析超表面微结构设计

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网状骨架CVD生长碳纳米管用于重盐水脱盐

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物理化学学报 2020年第9期36卷 130-138页

作者：熊辉谢歆雯王苗侯雅琦侯旭厦门大学化学化工学院福建厦门361005 厦门大学物理科学与技术学院福建厦门361005 能源材料化学协同创新中心福建厦门361005 固体表面物理化学国家重点实验室福建厦门361005

目前,太阳能海水淡化领域通过光子管理、纳米尺度热调控、开发新型光热转换材料、设计高效光吸收太阳能蒸馏器等方法实现了界面太阳能驱动蒸汽生成,这种绿色、可持续的脱盐技术已成为近年来的研究热点。碳基材料如碳纳米管、石墨烯、炭... 详细信息

目前,太阳能海水淡化领域通过光子管理、纳米尺度热调控、开发新型光热转换材料、设计高效光吸收太阳能蒸馏器等方法实现了界面太阳能驱动蒸汽生成,这种绿色、可持续的脱盐技术已成为近年来的研究热点。碳基材料如碳纳米管、石墨烯、炭黑、石墨等都有涵盖整个太阳光光谱的光吸收能力,是一类新型的光热转换材料。本文通过对材料进行微结构设计,使用化学气相沉积(CVD)技术,在不锈钢网状骨架上生长碳纳米管形成光热转换活性区,以实现高效光吸收、光热转换,并进一步设计了房屋型太阳能蒸发器,其中盐水表面被微米网状-碳纳米管蒸发膜覆盖,利用光热转换过程产生的热量驱动重盐水中的水蒸发产生水蒸气,最后对水蒸气进行冷凝回收实现脱盐。实验结果表明,当光照强度为1个太阳光(1 kW·m-2)时,膜表面温度迅速升高并稳定于84.37°C,对于重盐水(100 g·L-1 NaCl)的脱盐率达到99.92%,可实现稳定持续的重盐水脱盐。这种方法可用于构建多孔界面光热转换脱盐系统,对设计界面光蒸汽转化膜材料及器件,实现规模化海水淡化具有重要的意义。

关键词：微结构设计网状碳纳米管蒸发膜界面蒸发光热转换太阳能蒸发器重盐水

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材料与结构的新概念优化设计技术

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航空制造技术 2008年第5期 26-29页

作者：张卫红西北工业大学现代设计与集成制造技术教育部重点实验室

目前,复合材料、蜂窝材料结构在飞行器设计中的应用已经从最初的非承力部件扩展到关键承力部件。为了进一步发挥材料与结构的可设计性,满足飞行器更为苛刻的服役环境下的性能要求,必须发展先进的材料/结构一体化设计方法,充分使用现代... 详细信息

目前,复合材料、蜂窝材料结构在飞行器设计中的应用已经从最初的非承力部件扩展到关键承力部件。为了进一步发挥材料与结构的可设计性,满足飞行器更为苛刻的服役环境下的性能要求,必须发展先进的材料/结构一体化设计方法,充分使用现代优化设计理论。

关键词：可设计性设计变量拓扑优化技术优化设计性能要求构形设计微结构设计概念思维形式

来源：评论

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