数字状张拉整体结构的构型设计与力学性能模拟

针对大型张拉整体结构的设计问题,选取四棱柱状张拉整体结构和截角正八面体状张拉整体结构作为基本胞元,采用节点连接节点的方式建立球柱组合式数字状张拉整体结构,并使用基于结构刚度矩阵的大变形非线性数值求解方法对其进行力学性能分析.在两类胞元满足各自的自平衡条件和稳定性条件的前提下,组合得到的数字状张拉整体结构亦处于自平衡稳定状态,搭建了实物模型进行验证.以数字8状张拉整体结构为例,模拟研究了结构承受自重等分布载荷和单轴拉压等端部载荷时的静力学响应,以及结构无阻尼振动时的固有频率和模态等动力学性能.结果表明,结构在自重作用下的变形行为受初始预应力、压杆密度和拉索刚度的影响较大,对其进行合理配置方可确保结构具有足够刚度抵抗自重;结构在单轴拉压作用下呈现非线性的载荷-位移曲线,拉伸刚度随变形量的增大而增大,压缩刚度随变形量的增大而减小;结构的固有频率随初始预应力的增大而增大,而模态振型基本不变.研究结果丰富了大型张拉整体结构的外形种类,有望推动此类结构在土木建筑、结构材料等领域的应用.      

半导体制冷加风机搅拌的惯导平台温控系统设计与实现

为提高惯导设备的环境温度适应性,提出了一种基于半导体制冷技术的惯导平台温控设计方法,给出了温控系统的结构形式,采用了粗级与精级两级温控措施和加搅拌风机的方法,建立了等效模型并基于有限元分析方法进行了热流场仿真分析,最后温控试验结果表明,在55℃的高温环境下利用半导体制冷技术可以使IMU内部的光纤陀螺周围温度控制在45±0.1℃,验证了此温控设计的合理性和在惯导平台上应用的必要性。     

挤压-堆积复合法制备As_2S_3红外硫系玻璃光子晶体光纤及其特性研究

在利用多极法优化设计光子晶体光纤结构的基础上,充分结合挤压和堆积两种方法的优点,提出了基于挤压-堆积的新型硫系光子晶体光纤制备技术,利用As2S3硫系玻璃制备了三层孔环结构光子晶体光纤.通过理论模拟分析得出了该光纤的色散特性和零色散点,测试了1 550 nm近红外光纤激光在该光纤中的传输效果和纤芯光斑能量分布,利用该光斑测试验证了该光纤在近红外的光能传输局部限制能力和光子晶体的光学初步控制现象.     

三相同轴冷绝缘超导电缆结构设计

三相同轴超导电缆具有节约高温超导带材用量、减小电缆体积和降低制冷功率等优点,是目前配电网应用的热点。受超导电缆短路热稳定性、载流能力及交流损耗的影响,三相同轴超导电缆结构设计难度较大。本文通过研究铜稳定层截面、超导层带材排布方式来设计三相同轴超导电缆,获得超导电缆的载流能力及交流损耗特性。建立故障电流下超导电缆热传导模型,提出了三相同轴冷绝缘高温超导电缆结构设计流程,并以10 kV/2.3 kA的高温超导电缆为例进行了优化设计。结果表明,在故障电流下,合理设计结构可有效减小电缆产生的焦耳热,增大超导电缆对故障电流的承受能力。     

金属-光折变材料复合全息结构对表面等离激元的波前调控

表面等离激元(surface plasmon polaritons, SPPs)控制具有重要意义.表面电磁波全息法是在金属表面设计能有效控制SPP传输的凹槽阵列结构.本文提出一种新的SPP传输的控制方法,利用金属-光折变材料复合全息结构控制SPP传播.在金属表面覆盖一层光折变材料,两束SPP波在光折变材料内干涉生成全息结构,利用此全息结构能够控制SPP的传播.通过时域有限差分法模拟验证,结果显示,通过金属-光折变材料复合全息结构可以有效地控制SPP波束的传输,实现SPP平面波束的单点聚焦、两点聚焦,以及生成零阶和一阶高斯SPP波束.经过优化发现,光折变材料的最佳厚度为3.3μm,最佳折射率调制度为0.06.现有SPP控制器件主要是通过离子束刻蚀,而金属-光折变材料复合全息结构不需要刻蚀,从而扩展了SPP控制的器件的制作方法,为SPPs的全光控制提供了新的思路,使SPP全光控制成为可能,进一步实现了SPP全光开关等功能.     

新型柔性显示薄膜的设计

由于采用发光二极管(LED)制作显示薄膜，所以可以改善常规显示屏有缝拼接，刷新频率低，应用场合相对窄的缺点，如果显示薄膜的衬底材料为聚碳酸酯(PI)薄膜，薄膜后的印刷电路板(PCB)也做成柔性的，那么显示屏就是柔性LED显示屏了，可以应用到更多的场合。显示屏的核心设计是显示薄膜的设计，此设计制作的柔性显示薄膜，要求像素间距为1 mm，折弯半径小于10 cm。最后采用lighttools专业软件进行仿真分析，并进行了一系列具体实验，测出这种像素间距为1 mm的样品折弯半径为3.1 cm，可以看出:实验结果和仿真分析有较大吻合性, 说明这种设计有充分的可行性。     

基于分子工程的方法设计首例具有Sr2Be2B2O7 (SBBO)结构的深紫外氟碳酸盐双折射晶体AMgLi2(CO3)2F (A=K,Rb)※

分子结构设计是开发新化合物和通过原子尺度操纵优化晶体结构的一种引人注目的策略. 在这个工作中, 利用分子工程的思想, 基于SBBO结构, 成功设计并合成两个新型氟碳酸盐KMgLi₂(CO₃)₂F和RbMgLi₂(CO₃)₂F. 在两个结构中, a-b平面是由CO₃和LiO₃F阴离子基团组成的无限[Li₃C₃O₆F₃]_∞层, 进一步相邻的层通过F原子连接形成一个独特的[Li₆C₆O₁₂F₃]_∞双层. 这种结构特征对改善晶体的层状生长习性和消除晶体的多晶性有很大的帮助. 光学测试表明, 该系列晶体具有大的双折射和短的紫外截止边, 是深紫外双折射晶体良好的候选材料.     

钠基-海水电池的发展：“关键部件及挑战”

钠基-海水电池因具有环境友好、能量密度高和海水储量丰富且易得等优势,有望成为新一代储能器件。其原理是以海水为电解液,通过氧化还原反应实现化学能与电能的转换。本文概述了钠基-海水电池的电化学原理、电池结构设计及优化策略;回顾了钠基-海水电池的最新研究进展;最后,讨论了钠基-海水电池性能提升和商业化需要克服的挑战,并展望了该电池未来的发展方向。该论文为钠基-海水电池的发展提供理论指导,进而促进钠基-海水电池为深海能源供应和极端环境能源保障等国家重大需求提供支撑。     

中性或弱酸性体系下锌基水系电池负极材料研究进展

锌具有原料丰富、质量轻便、金属导电性与延展性好以及理论比容量高等优势,可以作为绿色可充电电池的理想电极材料。其中,以中性或弱酸性水溶液为电解质、锌为负极的锌基水系电池具有安全性高、电池材料廉价无毒、制备工艺简单、环境友好等特点,在储能和动力电池领域具有极高的应用价值和发展前景。但电池充放电过程中伴随的锌枝晶、析氢、腐蚀、钝化等问题限制了其实际应用。本文综述了锌基水系电池负极存在的问题及当前的解决策略,并对其负极研究发展方向进行了展望。     

锂离子电池硅氧化物负极首次库伦效率的影响因素与提升策略

硅氧化物(SiO_x, 0<x≤2)具有高的比容量和低的嵌锂电位, 且体积膨胀率显著低于纯硅负极, 因而被认为是替代传统石墨负极材料的理想选择之一. 然而SiO_x负极在首次嵌锂过程中表面形成的固体电解质界面膜(SEI)以及大量的不可逆产物, 造成其首次库伦效率偏低, 严重阻碍了SiO_x负极的实际应用. 本文从SiO_x的结构模型出发, 系统阐述了SiO_x负极的嵌锂机理以及首次库伦效率低的原因; 归纳了SiO_x负极首次库伦效率的提升策略及其研究进展; 并对提升SiO_x负极首次库伦效率的未来发展方向进行了展望.