点阵材料微极连续介质模型的应力优化设计

在将二维周期性点阵类材料等效为具有非局部化本构的微极连续介质的基础上，运用优化技术，探讨了基于材料相对密度和微单胞特征尺度两类变量的优化结构应力的方法，给出了针对最小化结构关键部位应力、结构最大应力最小化、最大化结构关键部位安全储备三类特定目标的结构与材料一体化协同优化结果．利用圆板小孔应力集中的数值算例验证了方法的有效性．     

基于柔顺性与热变形双目标的多孔材料与结构几何多尺度优化设计

论文采用拓扑优化技术针对由具有均一微结构的多孔陶瓷材料构成的结构,从结构和材料两个方面进行优化设计,在轻量化的同时使得结构具有较高的刚度和特定区域较小的热变形.以机械载荷下的结构柔顺性和热载荷下结构特定区域的热变形为目标,以宏观密度和微观密度为两类独立的设计变量,对两个目标进行归一化处理,建立多目标优化模型.采用体积守...     

基于“发现”号缆控水下机器人的深海原位探测/取样/实验技术研发与科学应用

海洋关乎一个国家的科学研究、国防安全以及未来发展空间等重大问题。由于缺少先进的探测平台和技术装备,长期以来我国深远海探测基本处于“望洋兴叹”的状态。习近平总书记在2016年全国科技创新大会上指出,深海蕴藏着地球上远未认知和开发的宝藏,并提出“深海进入”、“深海探测”、“深海开发”的深海战略,推进我国深远海探测研究,指导海洋强国建设。     

基于均匀材料微结构模型的热弹性结构与材料并发优化

研究由宏观上均匀多孔材料制成的结构的优化设计问题,待设计的结构受到给定的外力与温度载荷作用,优化设计旨在给定结构允许使用的材料体积约束下,设计宏观结构的拓扑及多孔材料的徼结构,使得结构柔度最小.本文提出了一种宏观结构与微观单胞构型并发优化设计的方法.在此方法中,引入宏观密度和微观密度两类设计变量,在微观层次上采用带惩罚的实心各向同性材料法SIMP(Solid Isotropic Material with Penalty),在宏观层次上采用带惩罚的多孔各向异性材料法PAMP(Porous Anisotropic Material with Pemlty),借助均匀化方法建立两个层次阃的联系,通过优化方法自动确定实体材料在结构与材料两个层次上的分配,得到优化设计;提供的数值算例检验了本文所提方法及计算模型,并讨论了温度变化、材料体积及计算参数对优化结果的影响.研究结果表明同时考虑热和机械载荷时,采用多孔材料可以降低结构柔顺性.     

周期性蜂窝材料微极等效模型及其微观应力的一种快速算法

将周期性蜂窝材料等效为具有非局部本构的微极连续介质,以解释实验中出现的尺度效应和边界层效应.在评论相关的多种不同方法(能量法、体积平均的均匀化法等)之后,提出了一种基于位移连续和单胞力平衡的推导微极等效本构参数的新方法.以正方形单胞制成的结构为例,在不同的结构与单胞尺寸比下,考虑承受集中点载荷、均布轴力和均布剪力三种载荷工况,比较了离散完全计算、经典连续介质等效和不同微极连续体等效本构的计算结果,建议了较好的微极本构参数值.数值模拟表明,集中点载荷和剪切载荷作用时,在加载点附近和边界部分,微极等效可以显著提高计算精度.最后,给出了一种映射算法,可以根据微极等效连续体分析的结果,快速计算出对应微观单胞构件的应力,以开有圆孔的方板应力集中为例,验证并考察了所提快速算法的有效性和计算精度.     

实体瘤中的低氧区与低氧选择性药物研究进展

降低抗肿瘤药物的毒性是开发新药的重中之重.本文介绍一种设计抗癌新药的新思路即低氧选择性药物.对肿瘤中低氧区产生的原因,对放疗和化疗的影响,以及克服它的方法作了阐述,着重对低氧选择性药物的研究进展作了评述,并指出该药物的发展前景.     

考虑内部胞元能量等效的代表体元法

具有周期性胞元的超轻质材料在制造和应用过程中,不可避免地会出现基体材料、微结构拓扑和尺寸的随机性变化.此时,评价材料的等效弹性性能需要借助基于均匀化方法(周期性边界条件)或代表体元法(周期性边界条件,均匀应力或均匀应变边界条件等)的蒙特卡洛模拟.该文首先通过算例分析和比较了不同边界条件下的数值结果,讨论了结果的尺度效应和对胞元选取的依赖性.为了提高和改善Dirichlet边界条件下的计算效率和结果,提出了一种考虑内部胞元能量等效的代表体元法.该方法能够有效削弱边界条件和胞元选取的影响,从而实现了采用较小的代表体元得到更好的结果.数值算例验证了方法在预测确定性材料和随机性材料等效模量时的有效性.     

贻贝足的共聚焦显微拉曼光谱分析

贻贝对各种海洋环境具有广泛适应性,范围从浅海跨越到深海热液、冷泉等极端环境。贻贝主要通过其足组织分泌的蛋白形成足丝附着于岩石等固体表面,这种蛋白是一种可再生、不受水环境影响的性能良好的天然生物胶黏剂,得益于分泌蛋白的性质,足丝在水下具有黏附性强、韧性高、耐水性优良等特性,在生物材料学、医学等方面具有很好的开发潜力和应用前景,已经是国内外研究热点之一。拉曼光谱是一种非接触的、无损的可以提供分子生物化学信息的检测技术。足丝是贻贝足腺体的外在表达形式,结合扫描电镜和共聚焦显微拉曼光谱技术,从贻贝足丝的表观差异到贻贝足腺体的分泌蛋白组分和分布特征,基于深海和浅海贻贝足丝的扫描电镜表征的表观形态差异,对两种贻贝足组织分别进行共聚焦显微拉曼光谱检测,得到两种贻贝的3个腺体的拉曼光谱和腺体局部区域的2D拉曼彩色分布图,从外在表现形式足丝到内部足腺体分布,通过对比两种贻贝的3个腺体的成分以及相对分布,分析造成两种贻贝足丝差异的内在腺体分布情况,此外结合两种贻贝生存环境的差异,认为贻贝的足丝外观差异以及其内部腺体分布是贻贝应对浅海和深海冷泉完全不同理化环境的一种环境适应机制。基于实验结果得到如下结论,拉曼光谱表明两种贻贝足腺体组成:表征核心腺体的amideⅢ信号位于1 242和1 269 cm^-1位置的2个峰的峰强度相对其他两个峰(1 318和1 337 cm^-1)较高,表现为有序高级的蛋白构象,外皮和粘附盘腺体含有丰富的酪氨酸(643, 830, 850和1 615 cm^-1)和3, 4-二羟基苯丙氨酸(多巴, DOPA,785 cm^-1);浅海贻贝在1 043 cm^-1位置有高强度的胶原蛋白信号。拉曼成像呈现两种贻贝腺体分布特征:深海贻贝表现为较为集中的腺体分布,浅海贻贝腺体分布较为分散,表明贻贝为适应不同环境形成不同的腺体分布机制。由此可见,拉曼光谱可以用于研究不同环境下生存的贻贝的足腺体分布特性,并在生物样品微观分析中更多的应用。     

考虑尺寸效应的模块化结构两层级优化设计

出于构造、美观、生产工艺、质量控制、降低成本等考虑,在很多工业应用中,整个结构或装备可被规整的分成几个相同的子区域,各个子区域的结构形式完全相同,这样的子区域称为基本设计模块.整个结构或装备可通过有限个基本设计模块重复拼装而成.针对此类模块化结构,考虑结构与模块间的耦合作用,提出了结构、模块两层级并发优化设计的模型与求解方法,研究了基本设计模块的绝对尺寸对优化结果的影响.通过在结构和模块两个层次上分别引入独立的人工密度变量,借助拓扑优化技术和惩罚策略,给出了最优的设计模块构型以及模块在结构尺度上的最优分布,通过单工况和多工况数值算例验证了该方法的有效性.     

悬链式单点系泊浮筒主尺度可行域研究北大核心CSCD

为了能够设计合理的单点浮筒主尺度,归纳提出了悬链式单点浮筒5条主要设计原则.基于实际工程经验给出了浮筒重量的母型预估方法,探讨储备浮力,提出等干舷方案集,基于静力学原理和水动力分析探讨了浮筒的自由漂浮稳性及浮筒的运动响应,梳理了垂荡及摇摆随浮筒直径的变化规律.以25 m和100 m水深的浮筒直径上限和下限为边界建立可行域,分别以三个实际项目采纳的浮筒直径和45 m水深下单点浮筒直径的可行范围为参考,开展浮筒直径可行域的验证.研究表明:环境条件等不同因素也会引起相同水深下浮筒直径可行域的变化,因此在可行域的实际应用中应进一步考虑一定的偏差裕量.该文的可行域研究对于悬链式单点浮筒的主尺度确定具有积极的指导意义.