基于图像四叉树的改进型比例边界有限元法研究

为提高数值计算的精度, 断裂力学问题的数值模拟需要在裂纹扩展的局部区域采用较密的网格, 而远离裂纹扩展的区域可采用较疏的网格, 且对于裂纹扩展问题的数值模拟, 大多数数值方法又存在局部网格重剖分的问题. 论文提出了一种基于图像四叉树的改进型比例边界有限元法用于模拟裂纹扩展问题, 该方法可根据结构域几何外边界的图像全自动进行四叉树网格剖分, 无需任何人工干预, 网格剖分效率极高, 由于比例边界有限元法本身的优势, 四叉树网格的悬挂节点可以直接地视为新的节点, 无需任何特殊处理. 通过引入虚节点的思想, 将裂纹与四叉树单元边界交叉点作为虚节点, 虚节点的自由度作为附加自由度处理, 并采用水平集函数表征材料内部的裂纹面, 含不连续裂纹面的子域可通过节点水平集函数识别, 使得裂纹扩展时无需进行网格重剖分, 界面的几何特征通过比例边界有限元子域的附加自由度表征. 最后, 通过若干算例验证了该方法的性能, 建议的改进型比例边界有限元法在求解复合型应力强度因子和模拟材料内部裂纹扩展路径时均具有较高的精度.      

基于温敏水凝胶的可调胶体晶体制备

基于单分散胶体粒子悬浊液在温敏水凝胶表面可以形成湿润型胶体晶体的现象, 利用温敏水凝胶对水的控释作用制备了温度敏感的可调制胶体晶体. 在室温下利用提拉法在温敏水凝胶聚N-异丙基丙烯酰胺(PNIPAAm)表面制备湿润型胶体晶体膜. 由于胶体粒子的有序排列, 胶体晶体显示出一个尖锐的反射峰. 当温度上升到34 ℃以上时, 由于PNIPAAm水凝胶中的水被释放, 导致胶体晶体中粒子浓度降低, 粒子间距增加; 反射峰发生红移. 这些特性可以通过温度变化进行调制.     

反蛋白石光子晶体的研究进展

反蛋白石晶体是一类重要的光子晶体,由于其制备材料的广泛性以及容易实现对光子禁带的多重调制而受到广泛关注.本文介绍了目前反蛋白石晶体结构的主要制备技术和方法,详细阐述了反蛋白石晶体结构的最新研究进展.     

偶氮液晶在光学材料中的应用进展

偶氮液晶是一类分子中含有偶氮苯结构的液晶,其偶氮基团在光照射下,能发生可逆的顺反异构反应。由于偶氮苯的顺式结构不能形成稳定的液晶相,因此,偶氮液晶在具有向列液晶温敏性质的同时,也具有特有的光敏性质,其相变与分子取向能够通过光照进行控制。这种特性使得偶氮液晶在光学功能材料方面具有广泛的应用。本文介绍了偶氮液晶的基本特性,结合作者自身的研究工作阐述了其在光学材料应用方面的研究进展。     

La_xSr_(1-x)FeO_3催化剂的制备及其催化还原SO_2性能的研究

采用柠檬酸配合溶胶凝胶法制备了不同La、Sr比例的La_xSr_(1-x)FeO_3催化剂样品,通过X射线衍射(XRD)、比表面积测定(BET)、CO-程序升温还原(CO-TPR)、SO2-程序升温脱附(SO2-TPD)、O2-程序升温脱附(O2-TPD)的方法对催化剂的结构和物理化学性质进行了表征.综合表征结果分析,通过柠檬酸配合法成功制得了具有典型钙钛矿结构的LaxSr1-xFe O3系列复合氧化物;在La Fe O3的结构中A位(La)掺杂替换少量的Sr,可以增大催化剂的比表面积、提高氧化物结构中氧空位的数量、促进反应气体在催化剂中完成反应,大大提升了SO2的催化还原转化效率.实验结果表明,当x为0.8时,CO催化还原SO2的转化率最高,在空速为24 000 m L/(g·h),温度600℃时,转化率达到95%,取得了良好的催化效果.     

碲化镉纳米晶的制备及应用

基于自身的量子限域效应、尺寸效应、介电限域效应、宏观量子隧道效应和表面效应,碲化镉(CdTe)纳米晶独特的性质在非线性光学、磁介质、催化、医药及功能材料等方面得到了广泛的应用,并且展现出极为广阔的应用前景,同时对生命科学和信息技术的持续发展以及物质领域的基础研究也产生了深刻的影响。本文以 CdTe 纳米晶为对象,详细介绍了其5种典型的制备方法和应用的最新进展。在制备方面,5种典型的制备方法各有利弊,如何在温和的条件下制备出形貌和尺寸可控的 CdTe 纳米晶仍是一个值得追求的目标。通过自组装技术可以制备形貌独特,性能优异的 CdTe 纳米材料,进而实现 CdTe 半导体纳米器件的研制,具有重要的科学意义,是今后研究的热门方向。在应用方面,CdTe纳米晶不但实现了其在光电器件、生物学等领域的应用,而且将会在这些领域继续深化和延伸,开发出新的应用领域。本文同时对 CdTe 纳米晶的发展趋势也进行了展望。     

基于高斯混合无迹粒子滤波的地形辅助导航算法

地形辅助导航是一种利用地形高度信息定位的导航技术,由于地形高度起伏是非线性的,因此地形辅助导航本质是非线性、非高斯贝叶斯后验概率估计问题.粒子滤波因为适合非线性、非高斯估计问题,被引入地形辅助导航领域得到广泛研究和应用,但粒子滤波算法存在粒子匮乏的问题,会影响定位精度.针对此问题,将高斯混合无迹粒子滤波( GMUPF)用于地形辅助导航,该算法用高斯混合模型(GMM)近似粒子分布,用无迹卡尔曼滤波(UKF)估计重要密度函数,不需要做重采样.通过用实际地形数据做飞行仿真实验,结果显示相比粒子滤波,不仅没有粒子匮乏问题,而且所用粒子数更少时估计精度略好.     

可调制光子晶体的研究现状和展望

可调制光子晶体是一类在外场激励下,可以通过改变晶格参数或折射率来调节自身光子带隙结构的先进光子材料。在对光的操控方面,它比传统的非调制光子晶体表现出更加优异的性能,因此更符合光子器件在应用中的要求。本文对近年来可调制光子晶体的研究进展进行了介绍。     

基于SBFEM和深度学习的裂纹状缺陷反演模型

结构内部缺陷的识别是结构健康监测的重要研究内容, 而当前以无损检测为主的结构安全检测多以定性分析为主, 定量识别缺陷的尺度较困难. 本文将比例边界有限元法(scaled boundary finite element methods, SBFEM)和深度学习相结合, 提出了基于Lamb波在结构中传播时的反馈信号定量识别结构内部裂纹状缺陷的反演模型. 通过随机生成缺陷信息(位置、大小), 采用SBFEM模拟Lamb波在含不同缺陷信息的结构中的信号传播过程, SBFEM仅需对结构边界离散可最小化网格重划分过程, 大大提高了计算效率. Lamb波在含裂纹状缺陷结构中传播时观测点的反馈信号包含大量的裂纹信息, 基于这一特性可为深度学习模型提供足够多的反映问题特性的训练数据. 建议的缺陷反演模型规避了传统反分析问题的目标函数极小化迭代过程, 在保证计算精度的前提下大大减少了计算成本. 对含单裂纹和多裂纹板的数值算例进行分析, 结果表明: 建立的缺陷识别模型能够准确地量化结构内部的缺陷, 对浅表裂纹亦有很好的识别效果, 且对于含噪信号模型仍具有较好的鲁棒性.      

考虑材料参数空间变异性的SBFEM开裂模拟

论文建立了基于比例边界有限元法（scaled boundary finite element methods, SBFEM）框架的非局部宏微观损伤模型,考虑材料细观物理参数的空间变异性,探讨了材料参数的空间变异性对结构开裂过程的影响。结果表明：考虑材料参数空间变异性后,裂纹扩展路径具有不确定性,建议的模型能够很好地反应材料内在的随机性;随着结构受力情况的复杂化和结构本体缺陷的增多,裂纹开裂模式的变异性也会增大。自相关长度和参数变异系数对结构开裂分析结果有重要影响。