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关键词： 纤维增强材料   三维编织   电磁吸收   狄拉克半金属  

摘要： 编织材料是一种特殊的纤维增强复合材料,采用编织工艺将纤维交织成有序结构,从而显著提高材料的强度和稳定性。尤其是三维四向编织技术,通过四步编织方法将纤维锁定在材料内部,显著提升了材料的承载能力,相比传统复合材料具有更好的抗冲击和抗疲劳性能。 随着技术的发展,纤维增强复合材料不仅需要具备优异的力学性能,还要求具有良好的光学性能。狄拉克半金属作为一种具有特殊电子结构的材料,其在宽频带内具有优异的光吸收能力,尤其在可见光和红外波段内能够高效吸收光能。 结合三维四向编织材料的强度与狄拉克半金属的光学吸收特性,可以设计出既具备高强度又具有优越光学性能的复合材料。基于这一思路,本论文通过有限元法对纤维增强材料进行静力学分析,并提出了一种基于狄拉克半金属的宽带吸收器,最终设计了一种结合编织结构的先进光学增强材料。具体研究内容及主要研究结果如下: (1)对各种传统纤维增强材料建模并对正向模量、弹性矩阵等静力学特征进行静力学分析。结果显示,三维四向编织材料通过纤维在多个方向的交织,不仅有效提高了材料的力学性能,还能在保证高强度的同时保持较低的密度,适用于对重量有严格要求的领域。其次,三维四向编织材料的正向模量在多个方向上均匀分布,提供了更高的各向同性刚度,特别是在多方向载荷下,其刚度和稳定性优于单向增强和双向增强材料。最后,三维四向编织材料的弹性矩阵表现出更好的均衡性,其多向增强结构能够有效分散应力。 (2)设计红外波段光学吸收超表面,提出了一种基于三层狄拉克半金属结构的创新性可调谐宽带吸收器,研究通过优化设计参数,使吸收器充分利用BDS层间的强耦合共振以及局部表面等离激元效应,结果显示,所设计的吸收器在中红外波段(18–28 THz)达到高效吸收,吸收率超过90%,总吸收效率达到94%。此外,通过调整BDS的费米能级,可以动态改变吸收频率,从而赋予吸收器优异的调谐能力。吸收器在不同偏振模式(TE波和TM波)以及多种入射角(0°至45°)下均表现出极高的吸收稳定性。同时,结构对制造误差有较高的容忍度,表现出优异的实用性。其出色的性能和灵活性使其在雷达隐身、生物技术、中红外传感等领域具有重要的研究价值和广阔的应用前景。 (3)将三维四向编织结构与狄拉克半金属材料相结合,设计了一种先进的复合光学增强材料,并对其力学和光学性能进行了深入分析。在力学性能方面,通过有限元模拟验证了该材料在不同加载方向上的力学响应,其正向模量在z方向可达38 GPa,在x和y方向则为18 GPa。此外,研究发现纤维含量和编织角度显著影响了材料的力学性能,纤维含量越高,z方向模量增强越显著;编织角度的变化则在不同方向上均衡了模量分布。在光学性能方面,利用其孔隙间的电磁耦合效应,实现在3–12μm波段内的高吸收率,平均吸收率达83.4%。同时,研究了纤维含量和编织角度对材料光学响应的影响,结果表明,纤维含量的增加可以提升反射率并影响电磁耦合效应,而编织角度的变化则会对材料孔隙分布及其光学性能产生复杂影响。综合而言,该复合材料在航空航天、电磁对抗及光电应用领域展现了显著的潜力。 综上所述,本文所设计的复合材料兼具优异的力学性能和光学特性,展示出在航空航天、电磁对抗及光电应用领域的显著潜力,为未来的复合功能材料设计提供了新思路。

关键词： 编织复合材料   多尺度   机器学习   渐进损伤  

摘要： 相较于传统层合复合材料,三维编织复合材料在厚度方向引入了增强纤维,从而避免了分层问题。但三维编织复合材料的微细观结构更为复杂,纤维束之间相互挤压使局部纤维束不能保持一致的截面形态,因此沿着纤维束路径的局部纤维分布及纤维体积分数都存在很大差异,这些特征会直接影响三维编织复合材料整体的力学性能。为了预报三维编织复合材料的力学性能,通常采用多尺度方法从纤维尺度到纤维束尺度、纤维束尺度到宏观材料尺度进行分析。但多尺度分析方法要充分考虑纤维束局部特征会使计算成本过高,往往都忽略了纤维束微细观结构的差异性,因此也降低了三维编织复合材料力学性能细观预报模型的精度。为了提升多尺度计算的效率,并考虑编织复合材料局部纤维束截面特征差异性,本文建立了通过纤维束横截面微观几何图像快速预报其应力场和横向弹性模量的代理模型,结合细观有限元模型对2D平纹和2.5D编织复合材料进行了拉伸力学性能与破坏模式分析,并通过了试验验证。 首先,通过扫描电镜观测了纤维束的微观结构,生成了考虑纤维几何特征的纤维束横截面二维几何模型,采用快速傅里叶变换方法求解了纤维束横向力学性能,生成了纤维束的微观结构几何图像与横向弹性模量和应力场对应的数据集。搭建了卷积神经网络和卷积自编码器图像学习代理模型,采用自适应算法调整了模型的隐藏层结构,实现了基于图像对纤维束横向弹性模量及应力场分布的快速预报,同时得到了纤维非周期分布的纤维束横向力学性能。 其次,采用贝叶斯优化算法优化了卷积自编码器模型的神经网络架构,采用最大应力-最短路径搜索算法,获得了纤维束中基体的应力集中积分路径,修正了纤维束中基体的应力集中系数,并计算了纤维束的横向拉伸与压缩强度。相较于传统模型,获得了合理的应力积分路径,并提高了模型的计算效率。 最后,对2D平纹和2.5D编织复合材料进行了单轴拉伸力学性能测试,建立了编织复合材料的有限元细观损伤分析模型,分析了编织复合材料的损伤演化过程。结果表明,材料主要出现纤维方向的拉伸损伤,损伤区域主要集中于纤维束交错以及纤维束弯转区域。与考虑纤维束之间性能差异的模型相比,考虑纤维束内部性能差异的模型提前出现了材料损伤,损伤扩展面积更大。

摘要： 情境化写作教学是一种新颖的教学策略，其核心是以特定情境为锚点，将写作内容与情境深度融合，从而增强写作的针对性、有效性。在小学高年级语文写作教学中运用该策略，不仅能够提升学生的写作能力，还能推动学生对语言的深度理解与灵活运用，为学生的全面发展注入动力。在教育改革背景下，跨学科教学逐渐成为基础教育课程教学的重要走向。小学语文教师应打破学科界限，将语文学科与其他学科有机融合，为写作教学注入新活力。在小学高年级开展跨学科的情境化写作教学，能够为小学高年级语文写作教学开辟新的路径，促进学生创意表达能力的提升。

摘要： 这是一则会呼吸的故事，每一个情节都充满了自然的力量，似有一双智慧的手，叩响育儿的大门。让我们一同走进本期绘本故事《这是一个故事》。生命教育的诗意叙事故事从兔妈妈捡到了一个桃核开始。面对小兔子们七嘴八舌地追问，兔妈妈没有直接告诉孩子们答案，她卖了个关子，淡淡地说：“这是一个故事。”一颗具象的桃核，就变成了一个个浪漫的故事，将它潜在的生命力编织成一则会长大的寓言……

摘要： 当同济大学设计创意学院的学生把废弃塑料瓶改造成可拆卸的犀牛玩偶,当澳大利亚中央车站为残障乘客开展了长达四年的无障碍改造工程,当卢旺达农村的辅助技术设计紧密结合本地材料与地形特点—在这些看似零散的实践背后,正奔涌着同一股设计变革的浪潮。设计不再只是形式与功能的和谐统一,而是摇身一变,成为修复社会裂痕、重建生态平衡的重要媒介。包容性与可持续性,这两个曾经并行发展的维度,如今正在交汇,成为设计领域最前沿的探索方向。

摘要： 一根光缆，一头连着西北黄土地的算力机房，一头连着东南沿岸的海量数据。在甘肃省庆阳市，全国一体化算力网络国家枢纽节点建设加速推进。当东部的数据洪流穿越山河涌入西部机房，黄土地上的青年拿起鼠标，为无人驾驶等进行精准标注。这座地下埋藏着1230亿吨油当量化石能源的“西气东输”节点城市，构建起了6.6万PFLOPS算力规模的数字枢纽。从“输油气”到“算数据”，庆阳正以绿色算力为钥匙，开启数字时代的大门。

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关键词： 极性编织复合材料   预制体   径向拉伸   全尺寸细观模型   有限元分析   变化单元模型  

摘要： 极性编织复合材料因其轻量化、高径向强度,在储能飞轮、涡轮转子等高速大转动惯量部件显示出巨大应用潜力。极性编织预制体通过在面内多级次引入径向纱,实现了纱线排布密度的可控性,显著提高了其径向承载能力。然而该编织拓扑构型的引入,导致了复合材料细观结构中纱线交织模式的复杂化,进而对其力学性能研究提出了新的挑战。本文以实际工况下极性编织复合材料转子部件为牵引,设计并制备了极性编织预制体及其复合材料,采用实验-有限元相结合,讨论了径向拉伸载荷下材料的力学性能和渐进损伤行为。进一步构建变化单元模型,开展了旋转载荷下极性编织复合材料的力学性能研究。为提升极性编织复合材料转子的可靠性和承载效率提供了数据和理论支撑。本文主要研究内容如下: 首先,本文采用极性编织工艺原理,通过特定的引入方式植入径向纱,结合环向纱构造极性编织预制体,利用数学方法简化极性编织预制体的几何构型,环向纱用同心圆阵列代替螺旋轨迹,径向纱参照等角分布原理确定分布坐标。完成制备极性编织预制体,采用树脂转移模塑工艺,成型极性编织复合材料。 然后,本文利用万能试验机和数字图像相关技术(Digital Image Correlation,DIC)对梯度编织密度的极性编织复合材料开展了径向拉伸实验,根据试样真实的编织结构和几何特征,采用有限元方法构建了拉伸过程的全尺寸细观结构模型。结果表明:有限元结果和实验结果具有良好的一致性;随着径向编织密度增大,材料的破坏强度显著提升;高应变区域主要集中在加纱位置以及纱线交织点,低应变区分布于加纱区域下方,而加纱位置及纱线-基体界面处应变值较高;损伤演化过程表明,初始损伤在加纱区域形成的富树脂区域萌生,逐渐向试验件边缘扩散,直至导致材料整体破坏。 最后,本文针对极性编织复合材料细观结构,划分出三类代表性体积单元(RVE),以此构建变化单元模型。利用桥联模型获得变化单元的弹性本构,进一步通过有限元方法,对比分析了变化单元模型与均质化模型在三种不同编织参数下的应力和变形特征。结果显示:编织参数的差异造成了转子应力集中位置改变;加纱结构造成了不同单元间的刚度差,产生了应力集中现象;环向纱和径向纱密度增加分别降低了转子内孔和外缘的应力水平;加纱位置引起了转子应力分布的差异,同时随纱线排列密度变化,其差异更为显著。对极性编织复合材料转子开展高速转动实验,转子转动速度达到39400 rpm后产生完全失效,转子沿径向碎裂成4块,残骸整体呈现为不规则扇形,实验结果符合设计要求。

关键词： 丽宅东园   现代化转译   编织学   古典园林复原  

摘要： 中国古典园林作为中华传统文化的瑰宝,其艺术成就举世闻名。然而随着历史变迁,众多名园已湮没无存,其传承与发展面临严峻挑战。本文以明代南京丽宅东园为研究对象,运用编织理论,探索中国古典园林现代化转译的设计方法。 首先,基于丽宅东园的直接文献记载,结合园林绘画和地方志等史料,对其建筑、叠石、植物、理水四要素的形制与布局进行系统分析,构建模型,为后续编织化实验奠定空间基础。进而,从编织理论出发,系统分析园林四要素与编织物的内在关联,论证编织理论应用于园林现代化转译的可行性,并提出形式与材料的双重编织化策略。形式策略着重提取园林要素的线性结构特征,通过层叠、扭转和交织等手法生成具有编织特质的现代形态;材料策略则在保留传统材料文化内涵的基础上,创新性地运用现代材料进行替代。基于上述策略,对丽宅东园各要素分别开展形式编织实验,最终构建叠石编织模型83个、建筑编织模型33个、植物编织模型24个。对于造型工艺过于复杂难以实现以及与空间搭配不和谐突兀的造型加以舍弃,留取适宜造型依据材料策略对其进行材质实验,以搭建完整的编织化丽宅东园空间模型。最后,回归园林空间本体,对转译后的丽宅东园进行空间分析,重点探讨其空间层次组织、节奏变化及意境营造手法。 本研究探索中国古典园林传承新方式,论证编织理论在中国古典园林现代化转译设计中的可行性。转译成果既保留中国古典园林的艺术特色与文化底蕴,维系传统美学韵律,又创造出多样化的现代演绎形式,为古典园林的现代化转译设计提供可靠的理论视角与实践路径。