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关键词： 热塑复材   三维编织   多尺度分析   参数优化  

摘要： 热塑性树脂基复合材料因其在抗冲击、耐腐蚀等方面表现出的优异性能而备受关注。然而,由于基体固有的高粘度等特性,常规的“后浸渍”加工成型方法难以适用。本文旨在解决热塑复材三维编织成形与材料性能预测问题,以三维编织碳纤维PEEK复合材料为例,探讨了热塑复合材料的成形技术与关键参数对材料成形的影响和材料性能的预测,为相关领域的研究和实践提供了有效的参考。 提出了一种针对热塑性工程塑料基体的三维结构复合材料的加工工艺方法。通过数值分析建立了纤维张力输出数学模型,并使用ADAMS软件进行了动力学仿真验证了数学模型的准确性。基于建立的数学模型,针对驱动纱架的结构进行了参数优化,获得了弹簧常数、弹簧预压角度以及固定导轮位置参数对浸渍过程中纤维张力和张力变化幅值的影响,实现了对纤维预混过程纤维张力的稳定控制。开展双因素多水平实验确定了纤维张力和浸渍浆液各组分浓度对预混纱树脂粉末含量的影响规律,并建立了计算浆液各组分损失速度的数学模型,为浸渍过程浸渍浆液浓度的控制提供了理论方法。 基于柔性导向三维织造方法设计并优化了针对三维热塑性树脂基复合材料的单针成形方法,进而探索了多针法柔性导向三维织造的工艺条件与关键参数对系统织造能力的影响。针对预混纱编织成形带来的材料高孔隙率问题,提出了一种调整材料纤维体积含量与降低孔隙率的方法。进而建立了0°/90°交替编织结构以及0°/45°/90°/135°交替编织结构下的各相纤维体积含量和孔隙率计算的数学模型。建立了两种编织结构下的材料单胞模型,为后续预测和分析三维热塑复材的力学行为提供了理论基础。对两种编织结构进行了经向抗拉能力的对比,发现0°/45°/90°/135°逐层交替编织结构的三维结构复合材料在各方向的力学性能的均匀性更好的同时,也导致了其在各方向的抗拉能力受到了不同程度的折减,0°/90°逐层交替编织结构可以更好的承受来自经纬向的拉载荷。 建立了纤维增强复合材料的基体相与增强体相的损伤本构模型,并采用相应的本构模型模拟了材料刚度退化过程。提出了一种通过预定纤维含量获得合理的细观RVE尺寸以及纤维根数的数学方法,将实际建模过程中的纤维体积含量误差降低到了0.5%以下。采用复合材料细观力学方法对三维结构的PEEK复合材料纤维束的力学性能通过有限元方法进行了单胞模型的各相承载受力破坏仿真,揭示了在不同载荷条件下材料的损伤失效形式。进而获得了纤维束各方向的力学参数,并与传统细观力学计算方法进行对比,发现主要参数的误差均在合理范围内,验证了模型的合理性。

关键词： 泊里红席   民间手工编织   大班幼儿   行动研究  

摘要： 手工编织活动是优秀民间传统文化的重要组成部分,产生于民间,流传于民间,积淀了丰富的民间智慧,是幼儿重要的成长资源。编织活动具有增强心理健康和促进身体发育的功能,饱含丰富的教育价值。根据民间手工编织活动的特点,结合幼儿身心发展规律,优化幼儿园手工编织活动,有助于提升手工编织活动融入幼儿园课程的质量,不仅能够满足现代幼儿教育需要,也有利于传承优秀民间文化。民间手工编织活动作为A幼儿园独特的本土资源,是本地人喜闻乐见的民间传统文化。“编玩编乐”的编织活动,不仅能锻炼幼儿的手部肌肉,而且对幼儿专注力、想象力以及语言表达能力和幼儿审美情趣的养成也具有重要价值。本研究以“泊里红席”为例,选择A幼儿园作为田野调查场域,以活动的设计与实施为着力点对民间手工编织活动开展了三轮行动研究,并不断对各环节进行调整与优化,最终形成一个比较科学有效的民间手工编织活动方案。本研究通过对民间手工编织的相关文献进行检索与浏览,以行动研究为重要研究工具,辅之以观察法、访谈法,研究手工编织活动在幼儿园大班集体教育活动、区域活动、过渡环节的现状及问题,并根据相关问题努力探寻其实现路径和相关策略。幼儿园民间手工编织活动的设计主要从活动目标、内容、实施、评价四个方面进行。其中,活动目标的设计要在幼儿园教育总目标的设计下进行,活动内容要符合幼儿的身心发展规律,如穿插活动、前后交叉缠绕、三股编、泊里编织、曼陀罗编织等活动培养幼儿的手眼协调、创造力和合作能力,活动实施主要通过从集体教育活动、区域活动、过渡环节进行,由观察、模仿、操作、分享等环节依次展开,活动评价以教师在每轮活动实施后对活动开展进行的评价为主。经过三轮行动研究发现,大班幼儿的手部小肌肉发展、创造力、合作意识都有发展,养成了做事认真、细致、有条理等良好品质。活动理念由以教师为主转换成以幼儿为主,活动目标由单一的技能掌握到技能与情感的并重,活动内容从无聊乏味到生动有趣,活动实施由单一的集体教育活动到区域活动与过渡环节的环环相扣。本研究根据研究结论,提出合理化研究建议:1.教师要利用多种途径不断丰富自我手工编织文化的经验,开展特色教育活动;2.幼儿园、家园、社区携手不断拓宽幼儿认识编织世界的活动途径;3.幼儿园要加大对幼儿编织文化传承教育的力度,给予良好的环境支持。

关键词： 环形编织   编织角   动态编织模型   轨迹规划   芯轴牵引  

摘要： 环形编织作为生产纤维增强复合材料的重要环节,其编织质量直接影响着最终产品的质量。编织角是影响编织体性能的主要结构参数,其大小可通过调整芯轴牵引轨迹、牵引速度及编织机转速来控制。现有的编织角控制方式以开环控制为主,难以对编织误差做出及时响应。在使用异形芯轴,或目标编织角发生变化时,编织角容易出现波动。基于上述背景,本文提出了一种面向环形编织的编织角控制策略,并通过设计集成化环形编织控制平台,对所提控制策略进行了测试和应用。 首先,提出了一种基于动态编织模型的芯轴牵引轨迹规划算法。针对异型芯轴编织问题以及变目标编织角编织问题,通过分析编织暂态过程中收敛区状态的变化规律,建立动态编织模型,在规划芯轴牵引轨迹以及牵引速度时,充分考虑由芯轴形状变化以及目标编织角变化引起的编织状态波动,提高所生成轨迹的准确性,加强对编织角的控制能力,改善编织效果。 其次,提出了一种基于曲线扩展特征函数的牵引轨迹采样算法。通过分析轨迹的空间变化特征和速度变化特征,构建轨迹的扩展特征函数,并以此为基础自适应调整采样点的分布密度,在采样点数量相同的情况下提高采样质量。同时,提出了一种基于编织角预测的牵引速度在线优化算法。通过测量编织角误差,估计收敛区实际状态,修正编织模型,进而利用修正后的模型预测编织角变化趋势,优化芯轴牵引速度,实现编织角的闭环控制,从而提高其抗扰动能力,减小编织角误差。 此外,设计并实现了环形编织控制平台,为所提控制策略的测试和应用提供支持。平台以编织角控制为核心,兼具编织体结构设计、模拟编织与三维演示、设备在线控制等功能。通过仿真预测编织效果,减少对试编织的依赖。由计算机控制机械臂,代替人工示教,降低人为误差。实现环形编织完整流程的一体式管理,提高设计生产效率。 最后,通过实验分析了所提控制策略的编织角控制精度。使用桨叶形异形芯轴,设置恒目标编织角及变目标编织角等多个场景,比较了本文方法与现有控制方法的性能。实验表明,使用本文方法后,编织角最大误差和均方根误差均得到下降。目前,环形编织控制系统已在合作企业投入试运行。

关键词： 编织复合材料   纤维断裂缺陷   纤维屈曲缺陷   基体类型   有限元模拟  

摘要： 三维编织复合材料(3DBC)由于多方向纱线,高结构完整性以及结构可设计性强等特点,常用于航空、航天等领域,比如飞机起落架,飞机尾翼以及风力发电机叶片,这些零部件在长期恶劣条件下服役,内部材料的缺陷会影响零件的性能,最终造成安全隐患,所以其力学性能和纤维损伤识别非常重要。 纤维断裂和屈曲缺陷是三维编织复合材料中不可避免的两种重要缺陷。本工作结合织造过程中的断丝以及屈曲缺陷提出一种测量纤维断丝率的新方法,结果表明纤维束断丝率在2%-46%之间。结合实验表征的断丝率结果,创建微观水平包含断丝和屈曲缺陷单向复合材料(UD)有限元模型,分析缺陷对UD拉伸性能影响;将UD力学性能结果引入四种不同编织角以及三种不同基体体系3DBCs模型中进行压缩测试,以验证模型的可靠性和适应性。 结果表明,纤维断裂和屈曲缺陷导致UD和3DBCs力学性能显著下降。当屈曲度为4.2°和纤维断裂缺陷体积分数为46%共同作用时,UD的强度和模量分别下降38.0%和13.6%,由此看出,缺陷对UD的强度影响大于模量影响。两类缺陷对3DBCs的影响也与编织角有关。当编织角为5°时,屈曲缺陷为4.2°和纤维断裂缺陷体积分数为46%时,导致3DBC的压缩强度和压缩模量分别下降31.2%和12.3%。当编织角为20°时,屈曲缺陷为4.2°和纤维断裂缺陷体积分数为46%时,分别使3DBC的压缩强度和压缩模量下降约12%和6.1%。但随着编织角的增大,压缩性能下降趋势逐渐趋缓。此外,基体类型对3DBCs的影响也不可忽略。影响不同基体类型3DBCs压缩性能变化的主要原因是基体和界面性能的变化。结果表明,降低基体模量和界面K值均导致3DBCs的强度和模量明显降低。当基体模量和K值同时降低时,这种降低现象进一步加剧。 本课题提出的建模方法可预测含有缺陷3DBCs力学性能,以全面评估3DBCs抗压能力。断丝测量以及屈曲建模方法可推广到含有大量纤维断裂和屈曲缺陷的复合材料中。

关键词： 盘绕型   亥姆霍兹腔   多胞元耦合   吸声性能   隔声性能  

摘要： 船舶低频噪声的控制一直是研究的热点问题。船舶的低频噪声不仅会对工作人员的身心健康造成危害,还会对船舶结构以及船上设备造成损害。而传统的降噪材料对船舶的空间和载重有很高的要求,这在空间十分有限的船舶上并不适用。而具有传统降噪材料不具备的双负特性的声学超材料,可以在较小结构尺寸下实现船舶低频噪声的控制。 本文旨在设计出一种能应用在船舶领域且尺寸小,质量轻,低频噪声控制性能良好的声学超材料结构,运用有限元分析和实验验证的方法对其噪声控制性能进行研究,并探究了不同胞元数量对结构噪声控制效果的影响。论文的主要研究内容如下: 1)基于盘绕型结构延长声通道机理,亥姆霍兹腔结构共振吸声原理,将盘绕通道等效为亥姆霍兹腔的颈管,设计出一种盘绕型亥姆霍兹腔声学超材料,该结构在低频处具备良好的低频噪声控制性能。 2)通过对结构参数进行优化,采用多胞元协同耦合的思想,将不同尺寸的胞元结构进行耦合,拓宽结构的吸声带宽,设计出了一个四胞元结构,采用有限元分析方法计算出四胞元盘绕型亥姆霍兹腔结构在130-250Hz频带内具有宽频的噪声控制效果。并将四个相同的四胞元结构耦合成一个十六胞元结构,将两个结构的吸隔声性能进行对比,探究了胞元数量对结构噪声控制性能的影响。 3)制备四胞元耦合结构和十六胞元耦合结构的3D打印模型,采用F100和F200阻抗管测试系统对两个结构进行吸隔声性能实验,将数值仿真与实验测试的结果进行对比,证明了本文设计的盘绕型亥姆霍兹腔声学超材料结构具备良好的吸隔声性能。

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摘要： 儿童文学理论家刘绪源先生曾感慨于童书市场充斥着太多过分“热闹”的作品，儿童文学的静美、斯文、深邃、悠远却逐渐远去。近期，二十一世纪出版社的“故乡·童年”原创儿童文学书系推出吴新星的新作《珍珠塔》，于喧哗中安放一份沉静。该作以经典弹词曲目《珍珠塔》命名，讲述了民国时期少年苌玉离家学习弹词的经历。小说将儿童成长、文化传承等“大”议题，细密地编织进琐碎日常，近看只见针脚绵绵、微不足道，远观则如刘绪源所说的“故事的骨骼”得以显现。

摘要： 近日，由通用技术中国纺织科学研究院有限公司完成的变截面变厚度复杂形状三维编织预制件工艺技术开发项目荣获中国复合材料学会“2023年度全国运载领域复合材料创新技术奖”三等奖。三维编织复合材料是以纤维或纱线空间交错编织的预制件为基础，通过浸渍、固化等工艺将树脂基体与纤维增强体相结合形成的一种高性能复合材料，具有纤维连续、性能优异、结构一体性和可设计性强等诸多优点，在轨道交通、安全防护等国家相关领域广泛应用。此前，异形编织复合材料加工过程主要为预先制备合适尺寸等截面复合材料，