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关键词： Quandle染色   环面链环   编织结   Quiver结构   入度多项式  

摘要： 纽结理论作为低维拓扑方向的重要研究分支之一,其核心问题就是如何区分不同类型的纽结或链环.在研究该问题的过程中,纽结不变量起到了至关重要的作用,其中纽结染色是相对直观的一个不变量.纽结染色这一概念自上世纪60年代被Fox提出以来,一直被众多科研学者关注.之后随着Joyce和Matveev提出了 quandle这一概念之后,科研学者们开始将quandle这种非结合代数结构应用到了纽结理论的研究之中. 通过纽结的投影图可以得到它所对应的基本quandle,这是一种完全不变量,然而想要判断两个基本quandle是否等价是一个很困难的事情.因此人们引入了 quandle染色这一概念,但是在利用这个不变量去研究纽结的过程中,会丢失很多信息.因此在2019年,Cho和Nelson提出了 quandle染色quiver这一概念,这是一个基于quandle染色构建的有向图,在图中可以展示出不同染色之间的关系.随后在2021年,Basi和Caprau研究了定向(p,2)-环面链环的关于二面体quandle的quiver结构.本文基于以上研究成果,对不同类型纽结的quiver·结构进行了深入的研究. 首先,通过研究几种简单的定向(p,3)-环面链环的关于二面体quandle的染色空间,来寻找在p取不同的数值时的规律.然后利用同余式和分类讨论的方法,根据p的不同取值,给出了更一般的Τ(p,3)的quandle计数不变量以及quiver结构,以及对应的入度多项式. 其次,通过对比Τ(p,2)和Τ(p,3)的相关结论,寻找规律.然后通过同余方程组和分类讨论的方法,分别给出了 Τ(p,4)和Τ(p,5)的关于二面体quandle的染色空间以及quiver结构,以及对应的入度多项式.为研究更一般的Τ(p,q)做了良好的铺垫. 最后,为了探索不同类型纽结的quiver结构之间的关联,通过利用整数序列在线百科全书(OEIS)以及归纳法,给出了在k取不同的数值时,定向编织结Wk,3的关于二面体quandle的染色空间以及quiver结构,以及对应的入度多项式,并且发现了 Wk,3的quandle染色与斐波那契数列的关系.

摘要： 系列设计作品以童年记忆中斑斓闪烁的糖纸为灵感起点,将其光泽感、色彩构成与图案秩序转译为几何抽象语言,在面料与结构之间展开一场柔性却有力的对话。作品选用聚酯纤维覆膜面料,并通过编织技法重新构建肌理结构,于平面与立体之间织就层次分明的视觉节奏与触感关系。创作过程中,作者重访了那些曾悄然镌刻于生活中的图像记忆——外婆垫子上斑驳的刺绣、母亲拖鞋上的细碎花纹、孩提时代衣物上如玻璃窗格般重复的印花图案。

摘要： 随着传播媒介的迭代升级，当下，网文、网剧、网游已成为文化出海的“新三样”。杭州作为文化创意之都，凭借前瞻性布局和全方位支持，培育了一批数字文化的国际化平台，全力打造数字文化的新消费场景，不断厚植“新三样”的优渥土壤。近期，由杭州师范大学教授夏烈担任总策划的“杭州网络文艺红人调查报告”项目，已取得阶段性成果。该项目以访谈形式，呈现网络红人在网文、网剧、网游等领域的成功经验，为杭州文化出海“新三样”提供生动的实践案例与可借鉴的思路。第六期对话嘉宾为著名网文作家南派三叔。

关键词： 人工韧带   抗疲劳   编织   静电纺丝   软组织再生  

摘要： 前交叉韧带（Anterior cruciate ligament,ACL）是连接股骨和胫骨的致密条带状结缔组织,位于人体膝关节腔内。ACL损伤在日常生活中频发,仅在美国发病率高达1700万例每年。由于关节腔内缺乏细胞和血管组织,ACL损伤后难以自愈,需要使用移植物进行手术重建。受限于自体移植物的供体并发症和同种异体移植物的感染风险,人工韧带在临床应用中愈发受到关注。临床常用的人工韧带（ligament advanced reinforcement system,LARS）使用不可降解聚酯材料,模拟天然韧带在关节腔内的平行排列纤维结构,可提供更高的抗疲劳能力,特别是弯曲扭转应力和极小的后期延长。然而,在长期使用中,由于其结构致密和不可降解,新生组织向人工韧带内部浸润困难,同时产生应力遮挡使组织难以在力学刺激或诱导作用下有序重塑,最终导致重建失败。尽管已有大量研究聚焦提高人工韧带的机械性能,或改善细胞和组织浸润及取向,然而目前尚未有研究采用结构优化策略协同改善人工韧带抗疲劳性能和诱导性能。 因此,本研究以可降解的PLGA(聚乳酸-羟基乙酸共聚物,poly（lactic-co-glycolic acid）)、PPDO(聚对二氧环己酮,Poly（p-dioxanone）)和蚕丝（Silk）为原料,采用编织技术制备抗疲劳可降解编织支架,并通过静电纺丝技术制备负载纤维蛋白（Fibrin,Fb）成分的纳米膜。通过调控纳米纤维诱导层在抗疲劳支架中的空间分布,制备了四种结构的促再生支架。编织结构通过编织角提供类似天然ACL中胶原纤维生物铰链的缓冲作用,同时平行纤维段降低循环载荷中的疲劳磨损,为促再生支架提供优异的抗疲劳性能,纳米拓扑形貌协同支架降解后产生的动态空间/力学刺激为支架提供诱导作用,促进细胞和组织浸润。 本研究的主要内容包括:（1）基于编织技术,制备抗疲劳可降解编织支架（PLGA:PPDO:Silk=1:2:3）,其模拟天然ACL在关节腔内的平行纤维结构,具有编织和未编织的结构;通过静电纺丝技术制备纳米诱导层,并筛选纺丝液浓度;结合抗疲劳支架和纳米诱导层制备促再生支架。（2）通过单次及循环拉伸测试,表征编织支架的抗疲劳性能,优选与自体ACL抗疲劳性能匹配的支架。（3）通过体外加速降解实验,表征促再生支架的降解性能,分析四种促再生支架在降解过程中的形貌、结构、组分变化,评估其与韧带重塑过程中力学性能及空间的匹配性。（4）通过细胞增殖和体内组织相容性评估,考察促再生支架内部细胞和组织浸润情况,评估软组织重建效果。 研究结果及主要结论如下: （1）通过编织技术,制备了抗疲劳支架TD（三段结构的可降解编织支架,Three-section Degradable scaffold）,具有更强的单轴拉伸机械性能,及更优异抗疲劳性能,具体表现在,峰值载荷下降率更低（15.12±1.96%）,弹性回复率更高（74.30±9.28%）,抗应力松弛率也更高（73.94±0.53%）。 （2）通过静电纺丝技术制备纳米诱导层（Fb-NM）,并调控其在抗疲劳支架内部的空间分布（皮/芯层）,成功制备四种结构TD、TDN@C（纳米膜在芯层的三段结构可降解编织支架,Three-section Degradable scaffold with Nanofiber membrane wrapped in Core layer）、TDN@S（纳米膜在皮层的三段结构可降解编织支架,Three-section Degradable scaffold with Nanofiber membrane wrapped in Shell layer）、TDN@CS（纳米膜在皮-芯层的三段结构可降解编织支架,Three-section Degradable scaffold with Nanofiber membrane wrapped in Core layer and Shell layer）促再生支架。 （3）体外加速降解实验结果表明,TDN@C（纳米膜在芯层的三段结构可降解编织支架,Three-section Degradable scaffold with Nanofiber membrane wrapped in Core layer）皮层在初始状态即具有较大的孔隙率,随着PLGA、PPDO的降解提供逐步增大的内部空间,芯层Fb-NM可为韧带重塑持续提供长达4 W的诱导作用;降解12 W后,促再生支架的断裂强力下降为初始的45%左右,仍能满足韧带再生的力学要求。细胞黏附和增殖结果表明细胞在TDN@C支架上具有最高的增殖率,表明匹配的内部空间更有利于细胞的增殖。 （4）皮下包埋实验结果表明,TDN@C支架表现出最高的组织浸润深度和胶原容积分数,芯层的Fb-NM显著

关键词： 碳纤维针织复合材料   低损伤织造   变曲率结构   低速冲击性能   有限元分析  

摘要： 三维针织碳纤维复合材料以其独特的结构可设计性、优异的力学性能以及近净成型优势,在航天航空、新能源装备等曲面结构件的抗冲击防护系统领域展现出卓越的承载性能。然而,碳纤维（Carbon fiber,CF）的本征脆性使得CF织物成形过程中易产生单丝断裂、丝束毛羽与织造损伤,在复杂应力场作用下损伤部位易产生应力集中,显著降低复合材料的结构完整性和服役可靠性。本文以CF针织物低损伤编织及其复合材料冲击性能为研究目标,提出“纤维表面改性-织物结构调控-冲击性能设计”的系统解决方案。首先通过超声辅助化学接枝技术构筑CF表面功能层,实现CF束高品质织造,采用超景深观测与理论耦合分析,揭示改性前后CF在针织工艺中的摩擦磨损机制。通过实验表征与有限元模拟相结合,探究低损伤织造对CF针织物及其复合材料抗低速冲击性能的影响,进而建立曲率参数与复合材料低速冲击性能之间的关系,揭示不同曲面复合材料低速冲击性能。本文研究工作如下: （1）CF表面功能化处理对耐磨性能提升的关联性研究。提出聚二甲基硅氧烷（Polydimethylsiloxane,PDMS）与MXene纳米粒子协同增强的CF表面处理技术,实现PDMS/MXene复合涂层的可控组装。从CF表面微观形貌、化学特征、热稳定性多尺度表征技术深入分析CF表面化学组成与物理结构的演变规律。为评价改性处理对CF耐磨性能的影响,采用往复式纱线耐磨仪联合CF束拉伸断裂强力仪进行测试,实验结果表明:经500次摩擦后,改性CF束的残余拉伸断裂强度较未改性CF束提高14.8%,证明复合涂层可以有效抑制纤维束损伤。 （2）针织成圈过程纤维磨损机理与赫兹接触理论模型。基于PDMS/MXene复合涂层改性织物,系统研究CF针织成圈过程中的动态磨损行为及其影响因素（即弯纱深度与接触面积）,通过赫兹接触理论构建CF束-舌针及CF束-CF束界面接触力学模型,并结合压痕提取法与超景深显微镜原位观察CF束-舌针、CF束-CF束的接触形貌与测量接触面积值。进一步通过调整织造参数度目值,探究弯纱深度对织物磨损的影响规律。结果表明:该接触力学模型揭示了CF束在成圈过程中的磨损机理,通过实验测量发现改性前后CF束-舌针的接触面积、CF束-CF束接触面积呈显著差异特征。基于有限元方法模拟CF束在成圈过程中的应力分布特征,其应力高度集中于线圈弯纱部位以及线圈与线圈接触部位,与实验观测的磨损位置高度吻合,验证了“弯纱深度-接触面积-纤维损伤”的链式磨损机制。 （3）过渡层热解调控与性能验证。针对PDMS与环氧树脂（Epoxy Resin,EP）界面结合性能差的问题,提出牺牲临时保护层策略。通过热分解（Thermal Decomposition,TD）工艺对PDMS/MXene涂层进行可控分解,并采用X射线衍射（XRD）和拉曼光谱（Raman）对TD处理后CF晶体结构的演变规律进行系统表征,进一步通过织物拉伸测试以及低速冲击测试验证其力学性能。结果表明:TD处理提高了碳晶体的取向性与排列有序度。通过织物拉伸测试确定了度目值为90的织物作为复合材料的预制件。低速冲击试验表明,在60 J冲击能量下,未改性织物（CF-F）冲破失效,而TD处理后的织物（CF/TD-F）仍保持优异的承载性能,其峰值载荷达到3850 N。结合细观有限元分析,深入揭示了织物在低速冲击过程中变形行为、应力分布与破坏机理。 （4）跨尺度建模与平面复合材料力学性能验证。采用有限元模拟与实验测试相结合的方法,对未处理复合材料（CF-C）与处理后复合材料（CF-/TD-C）两种试样进行了拉伸、弯曲及抗低速冲击性能测试。基于双罗纹针织结构的几何特征,建立了复合材料的“细观单胞-宏观均质化”跨尺度力学模型。在细观尺度上,建立代表性单元（RVE）模型并施加周期性边界条件,实现复合材料弹性常数的理论预测。在宏观尺度上,基于均质化理论建立平面复合材料的低速冲击模型,实现宏观强度计算与损伤演化的数值模拟。最后采用微型计算机断层扫描（Micro-CT）三维扫描重构技术对冲击后的试样进行损伤表征。结果表明,CF/TD-C相较于CF-C表现出显著的力学性能优势,其拉伸强度提高了16.7%,弯曲强度提高了23.69%。在抗冲击性能方面,CF/TD-C表现出更优异的能量吸收能力和损伤容限特性。通过量化损伤体积、损伤面积以及背凸高度等关键损伤参数,发现在40 J冲击能量下,CF/TD-C的损伤体积较CF-C减小约9%,损伤面积减小约4%。 （5）曲面复合材料抗冲击性能的影响机制。基于曲率梯度设计理念,设计并制备了三种不同曲率半径的复合材料（R1=200 mm,R2=125 mm,R3=100 mm）以及半球形复合材料（R4=75 mm）,研究不同曲率半径结构件的低速冲击性能与损伤演化行为的影响规律。基

摘要： 花丝工艺作为中国传统金属工艺的瑰宝,历经千年的传承与发展,以精湛的制作技艺和独特的艺术魅力成为中华民族传统文化的重要组成部分。然而,在现代化进程不断加速的今天,传统花丝工艺面临如何与现代首饰设计相融合,实现传承与转型的严峻挑战。

摘要： 2024年12月26日，“换乘之王”地铁8号线的到来，让西安市民的出行生活再次走上“快车道”。如何解决“最后一公里”，让市民享受出家门、进车厢、下地铁的便利生活，成为西安城投集团关注的重点。西安城投公交集团围绕地铁8号线37处站点，经过“逐线逐点”的踏勘调研与多方协力的反复研讨，“一站一策”确定接驳方案，调整了11条公交线路，迁改了44处公交站点，为“地铁到站，公交到家”的服务目标交出了一份满意的答卷。

关键词： Al/Ep   骨架增强   本构拟合   数值模拟   冲击侵彻  

摘要： 复合材料管状结构在国防、航空航天、汽车船舶等领域应用广泛,其可设计性强、断裂韧性和抗损伤容限高、力学性能优异,受到国内外学者广泛关注,研究其力学行为和失效模式意义重大。Al/Ep是一种密度低、能量密度高且强度较高的复合材料,可广泛应用于武器装备含能领域,Al/Ep浇注的编织金属丝骨架管状结构在战斗部炮弹中有广阔应用前景。本课题研究Al/Ep浇注编织金属丝骨架管状结构的力学行为,采用实验、理论分析和数值模拟结合的方法,探究Al/Ep组分差异对力学性能和吸能特性的影响,以及该结构在准静态/动态压缩载荷、三点弯曲载荷下的破坏行为,验证有限元数值模拟方法的可靠性。本文的主要工作及取得的研究成果如下: （1）基于准静态/动态压缩力学实验,研究了Al/Ep质量比分别为3:7、4:6、5:5的Al/Ep复合材料的准静/动态力学性能。通过对三种不同配比Al/Ep的准静态载荷下的能量储存与吸收能力的比较,得到Al/Ep复合材料在准静载下的储能吸能能力与铝粉相对含量的比值呈正相关的结论。当铝粉与环氧树脂的质量比为5:5时,Al/Ep复合材料的能量吸收能力为23.16 MJ/m3,远高于纯环氧树脂材料的能量吸收能力（9.63 MJ/m3）。 （2）基于准静态/动态压缩实验、三点弯曲实验,研究了Al/Ep质量比分别为3:7、4:6、5:5的Al/Ep浇注编织钢丝/钨丝骨架管状结构的力学行为。对Al/Ep浇注编织管在准静态/动态压缩载荷、三点弯曲载荷作用下的损伤和破坏失效行为进行分析,得出Al/Ep浇注编织钨丝骨架管状结构的准静态/动态压缩、三点弯曲特性均优于同等条件下的Al/Ep浇注编织钢丝骨架管状结构的结论。浇注编织管状结构的各项性能在Al/Ep基体配比为3:7时表现最优。基于Al/Ep浇注编织金属丝骨架管状结构在准静态/动态压缩载荷下的应力-应变曲线,确定了浇注编织金属丝骨架管状结构的唯象动态压缩本构模型。 （3）将Al/Ep浇注编织金属丝骨架管状结构的有限元模型作为主要研究对象,对该结构在准静态压缩和三点弯曲过程中的内部损伤形貌以及断裂模式展开研究,同时剖析了浇注编织管的损伤发展状况与损伤机理。 （4）以Al/Ep浇注编织钢丝骨架管状结构攻坚弹为研究对象,制备了质量比为3:7的Al/Ep浇注编织钨丝骨架管状结构,并且把所得到的浇注编织管当作攻坚弹弹体,利用一级轻气炮加载设备开展攻坚弹侵彻混凝土厚靶的实验。分析弹靶毁伤的宏观特性,借助有限元软件对弹靶毁伤特性进行有限元分析。

关键词： 三维编织   编织机   参数设计   机器学习   纱线轨迹预测  

摘要： 三维编织物因其优异的力学性能和可设计性,成为航空航天、汽车制造、生物医学及高端装备制造等领域的重要材料。但传统三维管状物编织设备在设计与制造过程中面临诸多挑战。首先,编织生产过程中为得到理想的三维编织物,主要依赖人工经验对织物进行解析,从而得到初始编织设备参数并进行反复试验,该过程设计周期长、调整难度大。其次,编织设备的核心参数对产品性能有显著影响,但目前参数优化主要依赖人工调整,缺乏系统的智能优化方法。故论文以通过织物力学性能预测编织设备参数为前提,研究了旋转式编织设备如何根据其力学性能设计适合的设备参数,具体研究内容如下: 首先,通过织物力学性能的仿真和现场真实实验数据,使用生成对抗网络(GAN)算法对数据集进行训练学习,构建最优数据增强模型。在提取织物力学性能与织物组织结构的最优数据库后,使用模型集成方法(线性回归、随机森林以及全连接神经网络)建立织物性能-织物组织结构预测模型,最终通过输入理想织物力学性能得到对应的织物组织结构。与传统依赖人工经验的方法相比,该方法显著提高了设计效率,降低了实验成本。 其次,根据编织工艺原理,以编织角等六个重要组织结构参数与纤维束移动速度等五个重要设备参数建立数学模型,采用矩阵方法将叶轮和换向装置进行数字化模型,与电机之间完成了通讯,实现了运行状态读取。将织物组织结构和编织设备参数关系利用Python中的Numpy、Matplotlib、tkinter库封装程序,实现了织物组织结构与编织设备参数建模,建立了三维编织设备参数智能设计模型。 然后,通过建立底盘坐标系,分析携纱器、叶轮以及换向装置运行方式,构建叶轮、换向装置以及携纱器的数字化模型;通过获取携纱器坐标和纱线空间点坐标;使用三次B样条曲线进行拟合;利用Python中的***工具完成了三维管状物的结构建模,实现了整个过程获得携纱器路径轨迹、纱线空间轨迹以及三维管状物模型的可视化,提供了一种三维管状物虚拟编织方法。 最后,进行实验验证,通过HT-G90-W48-E1型编织机进行现场编织试验,之后采用INSTRON万能试验机万能试验机进行拉伸与压缩实验,得到织物拉伸与压缩力学性能实验结果与预测模型计算结果误差均在8%以下。论文提出的三维管状物编织设备参数智能设计方法能够满足预测精度和现场制造的要求。论文研究为编织行业无人化、自动化提供了参考,对未来编织行业小批量、多种类的生产提供了参考思路。

关键词： 机织复合材料   树脂基   辐射输运   机器学习   热防护模型  

摘要： 高超声速飞行器在执行深空探测任务进入行星大气层的过程中,会遭受严重的气动热作用,需要热防护系统保障飞行器正常飞行。与对流热流不同,辐射热流能够直接加热材料内部,产生不同热解烧蚀现象。大多深空探测任务面临的热环境中辐射热流数值和占比高,如金星探测任务驻点区域辐射热流数值可达50MW/m2,占比可达50%。树脂基机织复合材料是深空探测任务中热防护系统最有前景的候选材料之一,易于通过设计编织结构、调整物性参数,满足不同任务要求。然而,目前忽略内部辐射、过分依赖设计余量的设计方法不利于热防护系统设计,树脂基机织复合材料在深空探测领域仍面临以下挑战:第一,现有模型对辐射热流下的树脂基复合材料热解烧蚀现象的预报能力不足;第二,树脂基机织复合材料自身辐射特性预报方法缺失,无法为热解烧蚀行为的模拟提供足够的输入参数;第三,树脂基机织复合材料中编织结构设计效率低下。针对以上问题,本文以树脂基机织复合材料为研究对象,在建立表面发射率和内部辐射系数预报方法的基础上,开展了机织复合材料辐射-烧蚀耦合模型与编织结构设计研究,为树脂基机织复合材料在深空探测领域的设计与应用提供理论指导和技术支撑。 针对树脂基机织复合材料表面辐射性能预报难题,基于材料表面结构、气体与辐射相互作用机制,对表面热辐射特性进行研究。建立气-固双相影响的机织复合材料表面发射率预报模型,探究了不同编织结构参数、气体组分、环境压强对表面发射率的影响规律。发现机织复合材料表面发射率由距表面一定深度的织物结构和其中气体共同决定,编织结构会增强表面发射率,在高压强下时表面气体进一步增强表面发射率。 针对树脂基机织复合材料内部辐射性能预报难题,基于材料内部编织结构与辐射相互作用机制,对机织复合材料的内部辐射特性进行了研究。开发了基于遗传算法的内部辐射性能等效算法,提出一种更准确的基于反射率-透射位置的等效收敛准则,实现了基于编织结构的宏观吸收系数、散射系数预报。分析了编织结构、纤维束发射率对机织复合材料内部辐射特性的影响规律,建立了含纤维束体积分数、纤维束发射率的机织复合材料内部辐射系数经验公式。发现机织复合材料中的内部辐射现象符合吸收-散射介质所表现出的宏观辐射行为,编织结构对内部辐射特性的影响可以降阶为纤维束体积分数单一变量的影响进行描述。 针对辐射环境下,树脂基机织复合材料使用传统热解烧蚀模型预报能力差的难题,引入材料中的内部辐射传递,将表面辐射拓展至体积辐射,考虑机织复合材料热解、烧蚀、流动和内部辐射等物理化学行为,提出辐射-烧蚀多场耦合模型。推导辐射传递方程的离散坐标有限体积法表示形式,建立了包含气体和固体的能量守恒、气体动量守恒、树脂热解、辐射传递、以及化学平衡假设下的表面烧蚀行为的材料响应模型。探究了不同热流条件、不同吸收系数和散射系数下材料热解烧蚀响应规律。低吸收系数和低散射系数在辐射热流下加剧内部升温和炭化,而高吸收系数或高散射系数在对流热流下使表面温度升高、热解区域向表面集中。进一步分析表明,辐射热流占比对热响应至关重要,高辐射热流占比显著提高材料温度和热解程度,同时增强表面辐射强度,且表面烧蚀后退量减小。 针对机织复合材料编织结构设计效率低下问题,提出一种机器学习加速的灵敏度分析及多目标优化编织结构设计框架。建立等效发射率、导热系数、密度参数-性能数据集,进行机器学习模型训练并加速敏感性分析和编织结构优化设计。发现该设计框架使用“稳健边界”才能获得正确的帕累托前沿。该设计方法对比传统的基于有限元的优化设计方法,可节约大量计算成本。阐明了编织结构参数和组成材料本身热物理性能对机织复合材料宏观热物理性能的影响规律。优化结果表明,为了实现机织复合材料的高发射率、低导热、低密度要求,进行编织时纬纱和法向纱应使用大丝束,而经纱应使用小丝束。