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关键词： 软材料   软雕塑   材料特质  

摘要： 材料是创作者探索世界的触角,告别传统坚硬的材料框架不单单是材料上的突破,更是创作者意识上的延伸拓张,软雕塑的诞生立足于人们对软材料的重新审视。虽然诞生时间不长但软雕塑具有蓬勃发展的生命力,其中材料的选取与使用功不可没。合适的材料不仅能清晰表达创作者的意图,同时还能拉近与观众的距离。本文基于软雕塑的发展背景下,从材料这一雕塑基本语言入手,从其自身所携带的物理属性和社会文化、人类赋予的情感内涵出发,多方面解析材料的特质,发掘软材料在艺术表达中潜在的语言。在此基础上,结合国内外具有代表性的软雕塑作品对软材料在创作中的呈现方式进行论证总结。探讨基于材料本身的特质而产生的制作方式所带来的隐喻,以及软材料的运用对以往雕塑题材的丰富与补充,接着通过软雕塑融入生活、与时俱进的特点,展望软雕塑的未来。最终理论联系实际进行毕业作品创作,对软雕塑艺术进行更深入、全面的探索。

摘要： 生活中，你见过哪些编织工艺品？作为人类古老的手工艺之一，按照使用的原料不同，编织一般有竹编、草编、藤编等。编织制作的物件五花八门，头上戴的、身上穿的、脚上套的……可以说是无物不可编。其实，编织就是将细长的东西互相交错组织起来，形成新的物品。编织前，需要对原材料进行特殊处理，其过程往往较为烦琐，所以，想体验编织可不是一件容易的事。

关键词： 内固定   聚乳酸   三维编织复合材料   模压成型   弯曲性能   降解性能  

摘要： 传统的不锈钢等金属材料用于骨折内固定存在离子释放和应力遮挡作用等劣势,而聚乳酸（PLA）因其出色的生物降解性、生物相容性与加工性能已被广泛应用于生物材料领域,尤其是人工骨骼及骨折内固定材料。PLA及其复合材料常用的加工方法为熔融挤出与3D打印技术。与此对比,三维编织复合材料具有抗冲击性能优异、可设计性强以及对开孔不敏感等优点。本文采用三维编织技术结合模压成型工艺制备了三维编织玻璃纤维增强聚乳酸（GF/PLA）复合材料,探索其在骨折内固定领域应用的可行性。 首先,以GF和PLA纤维为原料,采用三维编织技术制备三维五向（3D5d）编织预制体,使用硅烷偶联剂KH550对预制体进行改性,结合模压成型工艺制备三维编织GF/PLA复合材料。通过差示扫描量热仪（DSC）测试GF含量和改性处理对PLA玻璃化转变温度Tg、熔点Tm及结晶度等热性能的影响。并探究了预制体改性对复合材料层间结合强度的改善情况。结果表明,GF对PLA的耐热性和结晶度有一定提升,且KH550处理对PLA结晶度增大效果更甚。KH550可增强纤维与树脂间的界面强度,特别是经4%KH550处理后复合材料的横向短梁剪切强度为7.5 MPa,较未改性复合材料提升了36.68%。 其次,探究了编织参数（GF重量含量、预制体厚度）和后处理（切边处理、偶联剂改性）对三维编织GF/PLA复合材料纵向弯曲性能的影响。结果表明,三维编织复合材料的弯曲破坏受压缩和拉伸两种方式共同作用;GF重量含量和预制体厚度对复合材料弯曲性能影响较大;切边处理破坏了编织结构,导致复合材料弯曲强度和弯曲模量有所下降;对于偶联剂处理的复合材料,使用适量KH550可以显著提高复合材料的抗弯能力,经4%KH550改性的复合材料弯曲强度与弯曲模量提高了27.96%、6.55%。 最后,对GF/PLA复合材料进行了体外降解实验,探究了GF重量含量及KH550改性对复合材料降解性能的影响。结果表明,体外降解4周过程中,GF/PLA复合材料的质量降低、吸水率增加,高GF含量对降解的抑制效果更明显;酯键水解产生酸性低聚物使降解液p H值呈下降趋势;复合材料结晶度因非晶区降解和再结晶呈上升趋势;自催化效应和界面吸水效应使复合材料弯曲强度和短梁剪切强度均呈下降趋势。经KH550处理加强了界面结合强度,同时改善了复合材料的亲水性,较好的界面吸水效应和亲水性加快了降解进程。

关键词： 石墨烯纳米片   3D编织复合材料   跨尺度建模   BP神经网络   遗传算法  

摘要： 石墨烯改性环氧基3D编织复合材料作为一种新颖的纤维增强结构功能复合材料形式,以空间3D多向编织织物为增强体,不仅结构整体性好、承载能力强,而且能充分发挥GNPs(Graphene nanoplatelets,石墨烯纳米片)改性环氧树脂的优异力-热-电特性,实现综合性能的提升,其已成为当前结构功能一体化复合材料发展的研究前沿之一。本论文以GNPs改性环氧3D编织复合材料为对象,采用多尺度分析手段,研究其力-热-电性能,并实现了材料性能的智能分析与设计,主要内容包括:1)针对高体积含量GNPs改性树脂建模难度大、计算效率低等问题,提出了2D随机分布GNPs改性环氧胞元模型,构建了基于2D周期性胞元的GNPs改性环氧材料力-热等效性能预测模型,详尽研究了GNPs体积含量、长径比和胞元尺寸等对材料力-热等效性能的影响规律。同时,采用解析法,研究了GNPs改性环氧树脂复材的等效电导率及其参数影响规律。2)基于GNPs改性环氧基纱线束力-热-电特性解析预测模型,结合GNPs改性环氧等效基体,建立了3D编织细观内部胞元和表面胞元的力-热-电性能有限元分析模型,进而提出了基于宏观整体胞元的3D编织复合材料力-热-电性能预测模型,详尽研究了编织角、纱线体积含量、GNPs质量分数等关键工艺参数对材料等效力-热-电性能的影响规律。3)基于BP(Back Propagation,后向传播)神经网络,构建了3D编织复合材料力-热-电性能预测模型,结合遗传算法,建立了3D编织复合材料力-热-电性能优化模型,为GNPs改性环氧3D编织复合材料力-热-电性能的智能分析与设计提供了重要思路。分析表明,基于2D随机分布GNPs改性环氧胞元模型的有限元方法,可以有效表征材料力-热等效性能,且计算效率高。同时,基于内胞、表胞和整体胞元的双级胞元有限元分析方法,有效考虑了3D编织复材壁板的“壳芯”结构特征,并结合智能设计分析模型,显著提高了GNPs改性环氧基3D编织复材力-热-电性能的预测精度和效率。上述工作,为深入研究GNPs改性环氧基3D编织复材综合性能奠定了坚实的理论基础。

关键词： 环形编织机   异形结构件   编织工艺   编织角   控制策略  

摘要： 近年来复合材料广泛地代替金属材料应用在复杂结构件上,通过环形编织机编织出的预成型体性能优异,逐渐在航空航天、船舶、医疗等领域有了广泛应用。编织角作为预成型体的重要参数,对预成型体的性能有重要影响。本研究以保持异形结构件编织角稳定作为主要目的,对异形结构件编织过程中的控制策略进行研究。环形编织机在编织过程中,当编织参数发生变化时,编织角不会马上改变,而是有一个变化过程,具体表现为收敛长度的变化。这就使得编织过程中存在编织点不稳定阶段,本研究分析了编织点不稳定阶段牵引速度、收敛长度、编织长度和时间的关系并给出了具体的模型,同时给出了异形结构件编织过程中的两种等效处理方法。在异形结构预成型体的编织过程中,针对芯模半径连续变化导致编织角不稳定等问题,提出一种机器人牵引速度和机器人二次推进距离的联合控制策略。首先对异形结构芯模进行离散化处理得到每段的半径,然后对机器人的牵引速度进行优化计算,通过计算得到的牵引速度对编织角进行调整同时得出推进距离与实际编织长度的关系。最后通过机器人二次推进对编织长度进行补偿,并基于动态收敛长度的变化规律进行下一段芯模的控制参数计算。实验结果证明,该控制方法能有效降低异形结构芯模的编织角误差并维持在±3°以内,对实际生产中编织角的严格把控具有重大意义。在异形结构芯模编织过程中,针对芯模截面不同的情况,提出了任意截面芯模的牵引速度逆解策略。根据芯模中心线在芯模表面的投影,再结合芯模表面的网格和期望的编织角,获取一条期望纱线轨迹,通过几何关系逆解出单根纱线的牵引速度,再给不同面设置权重,计算出多根纱线情况下的平均牵引速度。实验结果表明,芯模中心线离散程度越高,芯模表面的网格数量越多,计算出的牵引速度越精确,编织出的预成型体整体效果更好,该控制方法对异形结构芯模的编织有重要意义。在求解出编织所需的参数后,结合数控系统操作面板进行设置。基于该数控系统,对本研究提出的控制策略进行验证,同时实验结果体现了其可行性,编织出的预成型体能够满足日常生产的要求。

关键词： 准静态压缩   二维三轴编织复合材料管   有限元分析   高速红外摄像机   微CT  

摘要： 将碳纤维复合材料用于承受轴向载荷的部件,比如:汽车A柱、猎鹰9号火箭的着陆腿和CRH高速列车的防撞箱,带来许多优点:减小惯性、降低排放、缩短制动距离和减小碰撞过程中的动能等。但碳纤维复合材料的成本高,失效模式难以控制。所以,要对碳纤维复合材料的增强体结构进行优化设计,使其在减低重量的同时满足节省材料成本和提高碰撞性能的要求。本文首先讨论了在双轴编织物中插入轴向纱线构成三轴编织复合材料管的制备以及实验方法。其次,探讨了三轴编织复合材料管的几何和本构模型,建立了准静态压溃有限元模型。实验和仿真相结合研究了三轴编织复合材料管面对准静态压溃下的力学性能,评估了轴向纱线在其中发挥的作用。为了提高复合材料管件的能量吸收以及探究轴向纱线对损伤模式的作用机理,本文开展和完成了以下的研究工作:实验研究了轴向纱线数量和分布对试样抗压缩性能的影响。轴向纱线相比编织纱线对轴向载荷更加敏感,表现为试样的初始刚度随着轴向纱线的数量增加而增加。更多的轴向纱线会提升损伤的深度,换言之,复合材料管可以承受更多的压缩变形,而不会造成严重损坏。不同轴向纱线数量的复合管出现了不同的失效模式:渐进折叠、中长度折叠和张开。在3根轴向纱线试样(T3)发现了典型的折叠外观,其中有几个接近压缩板的凸角。在试样T9中,与T3相似的凸角存在于压缩侧附近。但是,出现了贯穿整个管道的主要裂缝。它造成结构不稳定性和不显著的SEA提升。对于试样T12、T18,破坏模式的特征是强烈的纤维撕裂,因此被称为张开模式。通常,这种失效模式被认为有助于吸收更多的能量。通过仿真的方法来探究轴向纱线在试样中的作用。提出了一种以编织参数和最小重复单元作为输入参数的几何模型自动生成算法。模拟了二维三轴编织复合材料管在准静态压缩情况下的变形情况以及应力分布。有限元模型能有效模拟试样的损伤形貌,为复合材料管件的分析提供了理论依据。结合红外成像和微CT重建方法,研究导致复合材料结构失效的结构损伤的形成过程和机理。红外最高温度和载荷峰值之间的相关性可用于粗略地指示临界损伤(基体损伤和纱线界面损伤)的位置。此外,红外设备还可以观察到三轴编织管的损伤区深度大于双轴编织管,且三轴复合管的损伤面积与轴向纱线的位置有关。通过CT重建将标本的微观结构重建为三维模型。纱线间损伤的发展主导了试样的整体损伤形态。在引入轴向纱线后,最初分离的编织纱线界面相互连接,这为裂纹聚结提供了条件。同时,轴向纱线屈曲和编织纱线剪切的竞争所导致的裂缝也会发生在轴向纱和编织纱的接合处。上述研究成果为碳纤维编织复合材料管件在轴向压溃行为下提高能量吸收提供了理论依据和相关指导。

摘要： 高考失利后，我来到了一所普通的大学。和一些同学一样，面对大学自由的风气和各种新鲜事物，我忘记了自己最初定下的远大抱负，开始玩起了游戏。沉迷于游戏的日子总会让人贪图安逸、忘却梦想，我和那些在学生会、社团里一展身手的大一新生相比，普通得就像个“小透明”，一年的时光就在浑浑噩噩中飞快地流逝。大一暑假，我参加了高中同学聚会，

关键词： 服装缝制流水线   编排与调度   多目标优化   实时动态调度   深度强化学习  

摘要： 随着工业4.0、中国制造2025等战略的提出,服装生产企业的流水线编排与调度问题越来越受到广泛关注,是提高服装企业生产效率和核心竞争力的关键问题。流水线编排与调度是指在当前生产资源条件下,对流水线上工作站的设备和服装生产顺序进行合理的安排来提高生产效率。本文以河南某服装生产企业的缝制流水线作为研究对象,针对目前研究不足的多目标缝制流水线工作站编排优化问题和缝制过程实时动态调度问题进行了建模与求解,并开发了一套服装缝制流水线编排与调度系统。通过使用该系统为服装缝制生产提供了决策支持,减少了缝制流水线编排与调度方案确定时间,提高了企业生产效率。具体内容如下:首先,对河南某服装生产企业服装缝制车间进行调研,通过总结企业生产需求和效率瓶颈,确定系统开发目标并建立生产信息数据库。其次,针对目前对多目标服装缝制流水线工作站编排优化问题研究不足的现状,建立了以缝制流水线平衡率和设备损耗为目标的缝制流水线工作站编排优化问题模型。选择使用多目标优化算法NSGA-II对该模型进行求解,并将求解结果与人工编排结果进行对比,该方法所提供的编排方案有效提高了缝制流水线平衡率并降低了设备损耗,而且大幅度减少了编排方案的生成时间。再次,针对服装生产过程中存在大量的动态因素导致静态调度方案应用效果差的现状,提出以最小化最大完工周期为目标基于深度强化学习的服装缝制过程调度优化模型,并将该问题转化为基于马尔科夫决策过程的顺序决策问题。然后,通过定义状态特征、候选动作集、奖励函数、探索与利用策略等方面,并结合DDQN算法训练深度神经网络用以描述状态-动作值,据此在决策节点选择最合适的调度规则。实验表明,针对牛仔裤前片缝制过程,本文所提出的方法相较于遗传算法,在调度目标的达成方面略逊,但在决策效率上大幅提升,且针对订单动态到达的问题,能够做到实时响应,从而确保了调度方案的高效性与连续性。最后,在上述研究基础之上,以Python作为开发语言,My SQL作为数据库管理系统实现了服装缝制流水线编排与调度系统,系统实现了预期功能并能为服装企业生产提供决策支持。

关键词： 衬衫袖衩   集成缝制   针刺运动   折布运动   折布刀具  

摘要： 目前国内对于衬衫袖衩智能缝制设备的研究基本处于半自动化阶段,缝纫质量相较国外还有一定差距,且存在线迹精度低、断针率高、结构复杂、故障率高等问题。本文在探讨传统衬衫袖衩缝制设备研究现状的基础上,根据衬衫袖衩集成缝制设备的实际需要和功能要求,对折布机构进行分析并对关键机构进行改进,分析针刺运动,并对控制系统进行设计。本文主要工作及创新点如下:(1)对目前国内外自动缝制设备的发展现状进行分析,探究目前衬衫袖衩集成缝制设备存在折叠效果不稳定、断针率较高等问题的原因;(2)针对衬衫袖衩智能缝制设备折叠效果不理想、面料容易回弹等问题,分析袖衩成型的工艺流程,提出自动折布机构的改进方案,增加压覆熨烫装置并对折叠刀具进行改进设计;对自动折布机构的压覆、后模具、簧片以及横向斜向移动板等装置的运动进行分析;(3)针对目前衬衫袖衩集成缝制设备断针率较高等问题,对缝纫机针的穿刺面料的过程进行了运动分析,研究机针穿透面料的受力、机头的运动以及机针与面料间的相互作用关系;建立针刺运动的数学模型,并在Solid Works软件中对机针与面料的穿刺过程进行三维建模,在此基础上用ANSYS workbench LS-LYNA模块进行显示动力学求解,得出面料单元失效规律以及针杆的应力变化曲线,为分析断针原因以及减少针杆应力集中提供了参考;(4)分析衬衫袖衩集成缝制设备控制系统的任务需求,根据自动折布机构的改进方案以及针刺运动分析对控制系统方案进行设计;分析控制系统的输入输出信号,并对控制器、电机、气缸等主要器件选型;设计了电气原理图、编制了控制程序及人机界面,并进行缝制实验,为机构的试制提供参考。

关键词： 硬磁性软材料   磁力学响应   有限应变板理论   实验测量   解析研究  

摘要： 磁性软材料（也被称为磁流变材料、磁敏智能软材料等）是一种新型的多功能复合材料,可以在外部磁场或其他激励作用下发生显著的可逆变形。经过合理的设计,可以开发出一系列具有特殊磁力学响应的驱动器、功能器件、智能机器人等,因此,磁性软材料在自动控制、智能制造、生物医学、柔性电子设备等许多重要应用领域中有着巨大的前景。为了使它们能应用于实际,需要深入了解其磁驱动的基本原理,并且对施加磁场下材料的变形行为进行理论建模,以定量描述其复杂的力学行为。本文首先开展了板状硬磁软材料样品磁致弯曲变形的实验研究。制备了不同厚度尺寸,不同磁颗粒含量,以及不同磁化强度分布方向的样品,通过单轴拉伸实验对样品的力学性能进行测试,通过计算分析得到样品的磁化强度。搭建了测试样品磁致弯曲变形的实验平台,得到各样品在逐渐增大磁场中的变形情况。通过样品末端延长线与水平线的角度和末端挠度的实验结果,分析了样品厚度、磁颗粒含量、和磁化强度分布方向对板状硬磁软材料矩形梁样品磁致弯曲的影响。接下来,本文在连续介质力学和微磁学的框架内,提出了描述板状磁性软材料的磁力耦合新型有限应变板理论。考虑弹性应变能密度、磁势能密度以及外部载荷和弹性不可压缩约束提出板的能量泛函,并基于最小势能原理对其进行变分处理,得到其三维控制方程。从三维控制方程出发,在板的下底面处对厚度坐标进行级数展开,并计算一系列迭代关系,得到具有O（h）渐近精度的二维向量板方程。为了得到完整的板方程系统,提出了相应的边界条件。最后,本文将磁力耦合新型有限应变板理论应用于板状硬磁软材料矩形梁样品的磁致弯曲变形中,推导了平面应变假设下矩形梁弯曲变形的板方程。根据实验条件,给出了外加磁场、外力荷载以及样品磁化强度的分布情况的具体形式,将迭代关系代入二维向量板方程中并进行一些简化,得到描述矩形梁弯曲变形的2阶非线性常微分方程,根据实验中一端固定,另一端自由的情况提出边界条件。使用数值方法对微分方程进行求解,并将计算结果与实验结果进行对比,深入分析矩形梁样品的磁致弯曲变形机理。