基于拓扑优化与诱导结构的抗撞结构优化设计

鉴于耐撞性拓扑方法在实际使用中只能获得抗撞结构的初级拓扑构型,导致抗撞结构的碰撞安全性仍有进一步提升空间的问题,以耐撞性拓扑优化为基础,获得了抗撞结构的初级拓扑构型,在初级拓扑构型的适当位置设置诱导结构,得到最终吸能单元构型,再利用稳健性设计方法获取最终构型的最优尺寸参数,较好地弥补了基于最大吸能原则的耐撞性拓扑方法的不足。算例表明,所提的优化设计方法灵活有效,基于该方法得到的抗撞结构可以更好地满足设计要求。

V型诱导结构对薄壁梁件的耐撞性仿真研究

按标准在双帽型薄壁梁件的前端设计了V型诱导结构,并根据非线性有限元法的基本理论,运用非线性有限元软件ANSYS/LS-DYNA,针对原双帽型薄壁梁件和已经设计了诱导结构的双帽型薄壁梁件,在受轴向冲击载荷状态下的耐撞性能进行了数值模拟对比,验证了典型薄壁梁件中诱导结构对提高耐撞性的重要性。

不同诱导结构对折叠式压溃管动态吸能影响

建立带预压结构的折叠式压溃管有限元模型,得到其动态冲击下轴对称变形模式和撞击力-位移曲线,对折叠压溃管进行动态冲击实验,有限元仿真结果与实验结果的变形模式和撞击力-位移曲线吻合良好,验证了有限元模型的准确性。通过仿真分析发现预压缩能减小圆管在动态冲击下的第1个褶皱波长,但对整体变形模式和撞击平台力大小基本无影响。在此基础上,对无预压圆管开设4种不同的诱导结构:外表面开槽诱导和内外表面交替开槽诱导、外波纹诱导、内外表面波纹管诱导,分析发现内外表面交替开槽和内外波纹管诱导结构能控制圆管的变形模式,外表面开槽诱导对圆管的褶皱波瓣形状有一定影响,外表面波纹诱导会让圆管呈现一定的非对称变形。与初始圆管相比,4种诱导圆管中,只有外部开槽诱导下的圆管比吸能增大,同时载荷波动系数减小29.4%,撞击平台力与初始圆管基本相当。本文可为折叠式压溃管吸能特性优化提供参考。

诱导结构对泡沫铝填充薄壁方管轴向压溃特性影响的研究

建立了泡沫铝填充薄壁方管的有限元模型,利用试验对泡沫铝填充薄壁方管的有限元模型的准确性进行了验证。研究了诱导结构的类型和数量对泡沫铝填充薄壁方管的轴向压溃变形模式、初始峰值力、压溃力效率和能量吸收能力的影响,结果表明:设计诱导结构可以提高能量吸收能力、减小初始峰值力、增加压溃力效率,甚至可以改变压溃变形模式。沿薄壁方管的轴向方向合理地增加诱导结构的数量,可以进一步的减小初始峰值力、增加压溃力效率、提高结构的能量吸收能力。通过等级评价方法,确定沿薄壁方管的轴向方向设计4组诱导四角方孔可以使泡沫铝填充薄壁方管获得最佳的综合吸能特性。

旋流反应器流动与压降对诱导结构面积的响应特性

为探究定操作流量下诱导结构设计对旋流反应器气相流场与压降的影响,设计了基于定高宽比原则的不同旋流诱导进口面积(无因次面积分别为0.056,0.098,0.156和0.224),采用雷诺应力湍流模型数值模拟及实验研究的方法分析其内部三维流动的空间分布和压降特性。结果表明,诱导结构面积的变化影响流场对称性和截面速度分布。较小的面积由于具有较大的入射速度,使得流场内各截面上切向速度较大有利于增强旋流强度。进一步发展了切向速度的特征参数与诱导面积及轴向高度的半经验关联式。诱导面积的变化对轴向速度的影响不明显。无因次旋流诱导面积在0.056~0.224范围变化时,表征压降的特征欧拉数从381.2减小到89.4。结果可为旋流反应器的优化设计与运行提供参考。

诱导结构对汽车前纵梁碰撞性能的影响

前纵梁作为汽车正碰的主要吸能部件,其诱导结构对耐撞性有着重要影响。针对汽车前纵梁正碰过程中的高速压溃塑性变形问题,建立了6种诱导结构周向位置及5种诱导结构组合形式的前纵梁与刚性墙碰撞有限元模型,采用分段线性塑性材料本构模型和显式动力学有限元法对其碰撞过程进行动态仿真,获得了前纵梁的变形情况、能量变化情况和碰撞力曲线,分析了诱导结构周向位置及其组合形式对前纵梁碰撞性能的影响。研究结果表明:诱导结构的周向位置及组合形式对前纵梁变形的影响较大,添加诱导结构可减小碰撞力峰值和增大载荷比,前纵梁刚度强弱相间分布可提高其碰撞过程的稳定性。仿真变形结果与试验结果吻合良好,验证了所建立的有限元模型的正确性。

具有诱导结构的铝合金薄壁方管轴向压缩吸能性能试验研究

该文提出了三种新型的诱导结构设计方案来降低薄壁方管结构在轴向载荷作用下的初始屈曲载荷峰值。诱导结构设计在方管的加载端,在压缩开始的时候起作用,并且不会显著影响结构在正常工作时的强度和刚度。利用AA 6063 T6铝合金薄壁方管进行了一系列准静态和动态试验来研究了具有诱导结构的方管在轴向压缩时的能量吸收性能,给出了完整薄壁铝方管和具有诱导结构的薄壁铝方管的载荷位移曲线,并进行了比较。实验发现,三种诱导结构均可有效降低屈曲时的初始载荷峰值、提高方管承载吸能平稳性。

温度诱导液态In-80％Sn合金结构非连续变化的分形分析

用分形理论探讨了液态In-80％Sn结构及其变化,证实了液体结构中存在分形结构,发现随着温度的升高,与液态合金其它结构参数一样,分形维数也发生了不连续的变化,提出分形维数是一个结构敏感参量．分析认为液态In—Sn合金结构所出现的不连续变化是由于液体中粒子集合体线度减小而出现的线度效应所造成的,分形维数的突变是温度诱导液态结构不连续的基本特性．

基于施工期温度仿真的小湾高拱坝结构诱导缝设置效果分析

考虑施工期至运行期全过程瞬态温度荷载和水荷载的影响,采用无厚度的接触单元模拟诱导缝的工作性态,分别采用整体模型和子模型对小湾高拱坝坝踵附近诱导缝的设置效果进行了全面、深入分析。从整体仿真计算结果来看,小湾拱坝设上游结构诱导缝后,坝踵应力可以得到较大的改善,且对坝体的整体性影响较小。仿真计算结果为小湾拱坝结构诱导缝设计提供了科学依据。

温度诱导的液-液结构转变对Sn-10%Bi合金凝固的影响

以温度诱导的液-液结构转变为切入点,研究了Sn-10%Bi合金经不同过热处理后凝固行为和凝固组织的变化。首先利用自制的定向凝固装置进行了液-液结构转变对Sn-10%Bi合金的定向凝固影响的研究。然后测定经不同过热处理的合金熔体相应的凝固曲线,并观察凝固组织。结果表明,相对于在结构转变前保温处理的熔体,经历了结构转变的合金熔体,凝固时所需过冷度增大,并且凝固组织显著细化;揭示了温度诱导液-液结构转变对合金凝固行为及组织有着明显影响。

诱导缺陷结构在薄壁构件耐撞性中的应用

对薄壁构件的诱导缺陷结构进行综合性阐述,分析其在薄壁构件碰撞过程中的作用及其提高耐撞性能的原理,并从使用功能和制造工艺方面提出诱导缺陷结构设计要求,同时给出常见诱导结构形式;指出在不改变薄壁构件几何参数、形状和使用材料的情况下,诱导缺陷结构能够很好地实现控制薄壁构件的变形模式,提高其耐撞性能。

温度诱导的液-液结构转变对Sn-10%Sb合金凝固的影响

Sn-10%Sb合金在856~960℃可以发生温度诱导的液-液结构转变。研究了温度诱导液-液结构转变对Sn-10%Sb合金凝固行为及组织的影响。结果表明,合金熔体经历结构转变后,凝固时所需过冷度增大,并且凝固组织显著细化。

飞秒激光诱导钛表面形成高空间频率周期条纹结构

利用波长为800nm的飞秒激光,在空气和去离子水中诱导钛表面形成不同的周期条纹结构。在空气中,激光能量密度为0.265J/cm^2时,钛表面主要形成周期为500~560nm低空间频率条纹结构;激光能量密度为0.102J/cm^2时,主要形成的是周期为220~340nm高空间频率条纹结构。两种条纹均垂直于入射激光偏振方向,且条纹周期随着脉冲重叠数的增大而增大。在水中,除形成垂直激光偏振方向、周期为215~250nm的高空间频率条纹结构,还形成了平行于激光偏振方向且周期约为入射激光波长八分之一的高空间频率条纹结构。利用表面等离子体理论、二次谐波及Sipe理论对各种周期条纹结构的形成机理进行分析,发现周期条纹结构的形成与钛表面氧化层有密切的关系。

基于激光诱导表面周期结构的微纳防伪结构色

激光诱导表面周期结构由于其周期相关的光栅衍射特性在明场下显示出鲜艳的结构色,备受研究人员的广泛关注,而微纳结构在显微镜暗场显示的颜色通常容易被忽略。本文报道通过飞秒激光对氧化铟锡薄膜加工形成双周期光栅结构,利用其在明场和暗场的观察下具有不同的颜色特性实现图像加密应用。通过控制飞秒激光的偏振、脉冲能量和扫描速度在氧化铟锡薄膜上形成与偏振和波长相关的亚波长周期光栅,通过控制激光加工线条行间距形成大周期光栅。本文研究了激光加工能量和加工线条之间的间距对其形成双周期结构在明场和暗场显色的影响,利用不同加工参数结构在明场和暗场下显示不同的颜色实现图像加密。激光直写加工可以快速制备大面积区域,有望在商品防伪、图案装饰、超表面设计等方面发挥潜在的应用价值。

飞秒激光诱导纳米金刚石薄膜表面周期性结构的摩擦学性能研究

研究基于飞秒激光辐照方法在纳米金刚石(nano-crystalline diamond,NCD)薄膜表面制备的激光诱导周期性结构(laser-induced periodic surface structures,LIPSS)的摩擦学行为。在空气环境下采用脉冲宽度为200 fs,中心波长为1040 nm的掺镱光子晶体光纤飞秒激光辐照NCD薄膜表面产生LIPSS。基于不同的扫描间隔制备2种LIPSS表面,即连续分布的LIPSS表面(continuously distributed LIPSS,CDL)和均匀间隔的LIPSS带状表面(evenly spaced LIPSS stripes,ESLS)。通过球盘式摩擦磨损试验机进行往复式干摩擦试验来对上述2种LIPSS表面的摩擦学性能进行表征,其中的对磨球为ZrO_(2)陶瓷材质。往复式摩擦试验采用了平行和垂直于LIPSS纹理的2种摩擦方向。研究结果表明:施加LIPSS后的NCD薄膜表面容屑能力得到改善,同时摩擦接触面积降低,因而相比于原始NCD薄膜,其摩擦系数明显降低;对于CDL表面,摩擦方向与LIPSS纹理垂直时的摩擦系数比纹理平行时的更高;ESLS表面的LIPSS纹理方向对摩擦系数无影响。

激光诱导聚合物表面周期性微结构的快速制备研究

采用波长355nm的紫外偏振激光,通过步进扫描法在聚酰亚胺(BDTA-MMAD)薄膜表面制备了激光诱导周期性表面微结构(LIPSS),采用原子力显微镜(AFM)分析了LIPSS图形质量及几何尺寸,考察了X、Y方向扫描速度和扫描步长等参数对LIPSS制备的影响,发现随着X方向扫描速度和Y方向扫描步长的增大,由于薄膜表面受到激光辐射累积能量降低,LIPSS图形质量明显下降。但是,在提高Y方向扫描步长的同时提高激光辐射能量,仍能在较快速度下制得规则的LIPSS结构。根据实验结果提出了实现LIPSS快速制备的优化条件,并探讨了LIPSS的形成机理。

基于结构诱导人工表面等离激元的宽带低耦合电路

实现超宽带传输和超高集成度设计是微波和太赫兹电路发展的终极目标。针对以上目标,本文提出了结构诱导人工表面等离激元的概念。基于此设计并验证了具有超高局附性和超小传输常数的结构诱导人工表面等离激元电路结构,打破了传统人工表面等离激元电路对传输常数和衰减常数的限制。理论分析和数值验证表明,相较于经典人工表面等离激元,具备优异的场局附性和传输特性的结构诱导人工表面等离激元具有明显的弱色散和低耦合特性,在电路设计中可以有效减少宽带信号传输的色散失真,同时提高布线密度。

p53诱导死亡结构域蛋白在大鼠创伤性脑损伤中的表达变化

目的:探索创伤性脑损伤病理过程中p53诱导死亡结构域蛋白(PIDD)的表达变化。方法:建立大鼠脑损伤模型,采用免疫印迹法和免疫组织化学法检测损伤后的大鼠皮层组织中PIDD的表达和定位变化。结果:(1)在假手术脑组织中,PIDD表达很低,脑损伤后其表达逐渐增加,在3天左右达到最高峰,之后表达下降;(2)免疫组织化学法和免疫荧光实验表明,PIDD在损伤后的脑组织中表达明显上升,并且主要定位于神经元之中。

有机物结构诱导剂调控WO_(3)晶体晶面的研究进展

太阳能半导体光催化技术由于其绿色无污染、可再生,有利于解决全球变暖问题等优点而受到国内外研究人员的广泛研究。由于半导体光催化剂的催化活性取决于其表面电子结构和原子结构,而这些结构又强烈地依赖于晶体层面,因此光催化剂的催化活性受到反应过程中暴露的晶面的显著影响。近年来,晶面调控工程已成为一种非常重要的半导体理化性质微调方法。三氧化钨(WO_(3))半导体催化剂由于具有较好的光催化性能,常用作光电催化系统中的光阳极。本文针对目前国内外使用有机物(有机小分子及有机大分子)作为结构诱导剂对WO_(3)晶面调控的研究现状进行了综述,分析有机物对晶体晶面调控的规律和原理,寻找新的实验方向以及突破点,总结目前WO_(3)光电催化在实际生产生活中的应用,例如光电催化分解水、电致变色、气体传感器、有机污染物降解等,并对未来实验发展方向进行展望。