考虑界面力学性能的组件及结构的协同优化

包含多个内嵌功能组件及支撑结构的多组件结构因其轻量化、多功能等优良特性被广泛应用于航空航天等领域.已有的多组件结构拓扑优化研究大多基于理想界面假设,忽略了材料连接界面可能发生的破坏. 本文针对包含多个内嵌式功能性组件的结构,考虑连接界面的力学性能, 对组件的形状、布局及支撑材料的拓扑进行协同优化,以实现多组件结构的优良承载性能. 首先,基于超椭圆模型对内嵌组件的形状及布局进行显式的参数化描述,并构造其水平集函数表达; 进而,结合组件及支撑材料的水平集拓扑描述、内聚力模型及扩展有限元方法(extended finite element method, XFEM), 在固定网格下对随优化迭代不断演化的结构拓扑及连接界面的力学性能进行准确描述;进一步, 建立水平集法框架下考虑界面力学性能的多组件结构拓扑优化列式,基于伴随变量法推导解析的灵敏度并采用梯度优化算法求解优化问题.本文采用该优化框架分别对内嵌组件的悬臂梁和MBB梁进行协同优化, 在优化过程中,发现组件的初始布局对最终设计有很大的影响, 并且可能导致不良结构.为了避免此情况, 本文提出了两个阶段的优化策略,即首先对组件布局和形状进行优化, 再进行结构和内嵌组件的协同优化.数值结果显示, 在优化结果中功能性组件及界面通常分布于结构受压应力作用的区域,且连接界面最优形状呈现为曲率较小的光滑曲线,该设计避免界面发生拉伸及剪切破坏, 有效提高了结构的承载力,同时也表明了本文所提出考虑连接界面力学性能拓扑优化方法的有效性.      

一维无机-有机杂化材料[Ni(2,2'-bipy)2]V2O6的水热合成与晶体结构

本文采用水热合成法制备了一维无机-有机杂化材料[Ni(2,2'-bipy)2]V2O6(1).反应起始原料摩尔配比为:Ni(Ac)2·H2O:NaVO3:H3BO3:B2O3:2,2-联吡啶:H2O=0.5:1:2.3:2:1.5:556.l属单斜晶系,P21/c空间群,晶胞参数:a=1.4482(3)nm,b=1.3747(3)nm,c=1.0456(2)nm,β=100.25(3)°,V=2.0484(7)nm3,Z=4.1是由VO4四面体通过共顶点联接构成一维链状结构.相邻链的2,2'-bipy分子的π-π相互作用对1分子的结构稳定起到重要的作用.     

星地下行孔径接收闪烁频谱的理论研究

基于孔径接收的对数振幅时间相关函数,结合星地激光下行链路的实际情况,推导了适用于星地下行孔径接收的闪烁频谱表达式。进而分析了孔径尺度和湍流外尺度对闪烁频谱的影响。结果表明,下行孔径接收闪烁频谱分为低频段和高频段两个区间,低频段为常数,高频段呈幂指数规律变化,且幂律的绝对值为11/3。当接收孔径增加时,频谱的幅值和宽度逐渐减小,其形状保持不变。随着等效湍流外尺度的增加,低频谱的幅值逐渐增大,高频谱保持不变。     

星地激光链路中光束发散角与跟瞄误差的最佳比值

实际星地光通信系统的发射光束为高斯型的情况下,跟瞄误差和大气闪烁是星地激光链路中的主要信道噪声源。在结合两者对系统性能影响的前提下,对星地激光通信链路进行了理论分析和模型建立。基于该模型对星地激光链路中光束发散角与跟瞄误差之比的优化选择问题进行了研究。结果表明：对于上行链路,在不同误码率需求下都存在一个光束发散角与跟瞄误差的最佳比值,使得上行链路余量最大;对于下行链路,在不同误码率要求下均存在一个光束发散角与跟瞄误差的最佳比值,使得下行发射光功率的需求最小。利用最优化方法和最小二乘法拟合,得到星地激光链路中光束发散角与跟瞄误差的最佳比值和系统误码率的经验公式。     

TiO_2/SBA-15的快速合成法及其催化性能

本文针对传统方法合成TiO2/SBA-15的诸多不足,提出了一种简单而快速合成TiO2/SBA-15的方法。利用孔道内水解法快速合成了不同负载量的TiO2/SBA-15。利用XRD、N2-吸脱附、TEM和UV-Vis对样品的晶体结构、微观形貌、光学吸收特性进行了表征,并研究了不同TiO2负载量催化剂对罗丹明B(RhB)光降解活性的影响。结果表明:利用该方法合成的TiO2/SBA-15光催化活性优于传统浸渍方法合成的TiO2/SBA-15与工业上使用的TiO2纳米颗粒。     

加替沙星印迹聚合物的制备及结合特性研究

以微米级聚苯乙烯微球为种子、加替沙星为模板分子,采用单步溶胀聚合法,在水相中制得了分子印迹聚合物微球(MIPMs)。通过紫外光谱研究MIPMs的识别机理;利用红外光谱分析MIPMs的结合位点,运用扫描电镜观察微球的形貌;并结合加替沙星的荧光性质,利用荧光光谱研究MIPMs的结合特性。Scatchard分析表明,MIPMs在识别加替沙星过程中存在两类结合位点,高亲和力结合位点的平衡离解常数KD1=0.603mmol/L,最大结合量Bmax1=28.62μmol/g;低亲和力结合位点的平衡离解常数KD2=3.110mmol/L,最大结合量Bmax2=74.27μmol/g。     

Selection of Acquisition Scan Methods in Intersatellite Optical Communications

In this paper, a theoretical model of the acquisition in intersatellite optical communications (IOC) is founded with the assumption that beacon pointing errors could be modeled as Gaussian random variables. An optimal scan method should be chosen according to the average acquisition time under a certain acquisition probability. With analysis of the most common scan methods during the establishment of IOC, the raster-spiral scanning can substitute the spiral scanning is found. The raster scanning and raster-spiral scanning are simulated using Monte Carlo method and the result shows the first one is optimal for acquisition in IOC.     

Kekulé-based Valence Bond Model. I. The Ground-state Properties of Conjugated π-Systems

ＩｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎＩｔｈａｓｂｅｅｎａｃｋｎｏｗｌｅｄｇｅｄｔｈａｔｂｏｔｈｔｈｅＨ櫣ｃｋｅｌｍｏｌｅｃｕｌａｒｏｒｂｉｔａｌ (ＨＭＯ)ａｎｄｖａｌｅｎｃｅｂｏｎｄ (ＶＢ)ｍｅｔｈ ｏｄｓａｒｅｖａｌｉｄｓｔａｒｔｉｎｇｐｏｉｎｔｓｆｏｒｄｅｓｃｒｉｂｉｎｇｔｈｅｃｈｅｍｉｃａｌｂｅｈａｖｉｏｒｓｏｆａｌｔｅｒｎａｎｔｃｏｎｊｕｇａｔｅｄｓｙｓｔｅｍｓｗｉｔｈｏｕｔｄｅｇｅｎｅｒ ａｔｅｇｒｏｕｎｄｓｔａｔｅｓ (ｆｏｒｅｘａｍｐｌｅ ,ｃｙｃｌｏｂｕｔａｄｉｅｎｅｉｓｅｘｃｌｕｄ ｅｄ) .1Ｒｅｃ…     

氨基化修饰介孔Fe3O4@SiO2@mSiO2磁性核壳复合微球的可控制备及吸附性能

以水热法制备的高磁饱和强度Fe₃O₄纳米颗粒为核,正硅酸乙酯（TEOS）为前驱体,采用改进的Stöber法,制备介孔SiO₂包覆Fe₃O₄磁性核壳复合微球。利用XRD、SEM、TEM、N₂吸-脱附、FTIR和VSM对制备样品的物相结构、形貌和磁性能进行了测试表征。研究结果表明,制备的复合材料呈球形,粒径分布均一,材料的比表面积和磁饱和强度分别为413 m²·g^-1和68.93 emu·g^-1。研究了TEOS的添加量对复合微球形貌的影响,随着TEOS添加量的增加,SiO₂壳层增厚,复合粒子形貌均匀,饱和磁化强度有所下降,仍具有良好的超顺磁性。在此基础上,通过接枝法在复合微球的表面接枝-NH₂,制备了一种新型磁性纳米吸附剂（Fe₃O₄@SiO₂@mSiO₂-NH₂）,进而研究了其对水中重金属离子Cr（Ⅳ）的吸附性能。通过动力学拟合,Fe₃O₄@SiO₂@mSiO₂-NH₂对Cr（Ⅳ）的吸附过程是准二级动力学模型占主导地位。探究了该材料对Cr（Ⅳ）的吸附过程和吸附机理。结果表明,其吸附机理及吸附容量与Cr（Ⅳ）的离子形态及-NH₂有关,并通过吸附剂与吸附质之间的电子共用或静电吸附实现。     

有机π共轭配体溶剂化效应与分子间相互作用的理论研究

采用可极化的连续介质模型(PCM), 运用密度泛函理论(DFT), 在B3LYP/6-31+G^**水平下研究了溶剂极性对有机π共轭配体N,N'-Bis-(3-pyridyl)ethylene-bis-urea(BPEBU)中syn-anti构象的分子几何和电子结构的影响, 并借助分子动力学模拟的方法, 采用明确溶剂模型研究了溶质-溶剂分子间的相互作用. 密度泛函理论计算结果表明, 随着溶剂极性的增强, BPEBU中尿素基上的CO键和N-H键以及吡啶环上的C-N键被明显极化, 使羰基氧原子和吡啶氮原子的电负性明显增强, 尿素基的N-H键上氢原子的正电荷也显著增加. 分子动力学模拟统计的结果表明, 在极性较强的乙醇溶液中, 有明确的O…H-O, N…H-O和N-H…O等3种氢键作用存在, 而在丙酮溶液中, 只有N…H-O一种氢键作用存在, 而且与乙醇溶液中的N…H-O作用相比要弱些. 另外, 采用密度泛函理论方法结合连续/明确的混合溶剂模型, 优化得到了溶质-溶剂三聚体的超分子簇结构, 与分子动力学模拟的第一溶剂层中的超分子结构相比, 两者定性一致.