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关键词： 声学超材料   滤波   声学增强   声源定位   微弱信号检测   单向   双向  

摘要： 近年来现代化工业的快速发展,同时也推动了机械设备的发展和更新,使得机械设备向着自动集成化不断推进发展,这种发展不仅提高了生产效率,也增加了对机械设备的状态监测和故障诊断技术的需求量。但是在实际生产中,想要提取的故障有用信号通常都非常微弱,并且会被背景噪声干扰,因此如何从复杂的声场环境中提取出需要的有用信号是解决问题的关键。声学超材料是一种人工复合材料,通过改变其结构设计,例如尺寸、排列方式等设计,使得它拥有传统材料不具备的声学特性,利用这些特性可以对声音信号实现滤波、声学增强和方向响应等功能,这对于微弱信号检测方法的发展有着重要的意义。以下是本文的具体研究工作: 第一章阐明本文选题背景和意义,阐述声学超材料几种结构分类和发展,阐述在声学增强方面声学超材料的发展和研究现状;确定本文的主要研究内容和具体的章节安排。 第二章推导理想介质中的声波方程,推导有效介质理论,介绍有限元分析的基础原理和Comsol Multiphysics软件对声学超材料进行仿真模拟的计算流程。 第三章针对微弱信号难以检测、传统结构设计过大和传统结构波导与背景介质之间的波矢量和模场不匹配现象这三个问题,基于声学超材料的声学增强原理,提出一种单向非线性紧凑型声学超材料结构,通过仿真验证单向非线性紧凑型超材料结构对入射声波具有良好的滤波、声学增强和声源定位效果;通过仿真验证单向非线性紧凑型声学超材料结构对弱谐波信号的滤波和声学增强效果;通过仿真验证单向非线性紧凑型声学超材料结构对高斯脉冲信号的滤波和声学增强效果。 第四章对单向非线性紧凑型声学超材料进行实验分析,搭建声学实验平台,首先验证单向非线性紧凑型声学超材料结构对平面波信号的滤波、声学增强和声源定位效果;然后验证单向非线性紧凑型声学超材料结构对弱谐波信号的滤波和声学增强效果;最后验证单向非线性紧凑型声学超材料结构对高斯脉冲信号的声学增强效果。 第五章针对微弱信号难以检测和传统结构无法处理多方向声波这两个问题,设计一种双向声学超材料结构,通过仿真验证双向声学超材料结构对单向和双向宽频入射声波具有良好的滤波和声学增强效果;通过仿真验证双向声学超材料结构对弱谐波信号的滤波和声学增强效果;通过仿真验证双向声学超材料结构对高斯脉冲信号的声学增强效果。

关键词： 碳纤维复合材料   三维编织结构   多尺度导电网络   电导率   电热效应  

摘要： 连续碳纤维增强聚合物基复合材料具有轻质高强、抗疲劳性强等优点,被广泛应用于航空航天、交通运输等工业领域。连续碳纤维复合材料电学性质是复合材料构件多功能性设计和电磁场环境下性能分析的重要基础。目前连续碳纤维复合材料电学性质研究对象主要集中于单向/多向层压碳纤维复合材料,尚缺乏有效理论模型与建模方法预测三维纺织结构碳纤维复合材料电学性质,制约纺织结构复合材料在电场加载下进一步应用。 本文研究三维编织结构碳纤维复合材料电导性质和电热效应,基于编织复合材料多尺度几何结构特征,建立编织复合材料多尺度导电网络模型和电热耦合行为有限元模型,揭示编织复合材料在微观尺度、细观尺度和宏观尺度的电流传导路径与导电机理,发现编织复合材料不同尺度层面的电势分布与电流分布规律,阐明编织复合材料直流电加载下产热机制、温度分布规律和热量传递过程。 本文主要工作有: (1)基于碳纤维随机分布与随机接触微观结构特征,建立碳纤维纱线三维导电网络模型,揭示碳纤维纱线电导性质。采用连续随机扰动法和碳纤维波纹度概念,生成随机分布纤维和纤维间随机接触,建立碳纤维之间三维接触网络;采用赫兹接触理论和霍尔姆收缩电阻模型,计算碳纤维之间接触电阻;结合碳纤维本征电阻,构建碳纤维纱线内部三维导电网络;利用节点电压法求解纱线内部导电网络等效电路,计算碳纤维纱线电导率。 (2)基于碳纤维纱线之间微观接触特性,建立纱线之间电传导微观接触模型,揭示碳纤维纱线之间接触电导性质。采用赫兹接触理论、霍尔姆收缩电阻模型和隧道效应理论,建立考虑隧道效应的碳纤维之间接触电阻模型;构建纱线真实几何结构模型,确定参与纱线接触的表层纤维数量;采用正态分布函数描述纱线表层纤维高度统计特性,计算纱线之间纤维接触概率;基于纱线之间纤维传导支路数量和电阻,建立纱线之间电流传导等效电路,计算碳纤维纱线之间接触电阻。 (3)基于编织纱线空间路径与接触规律细观结构特征,建立编织复合材料三维导电网络模型,揭示编织复合材料电导性质。基于携纱器运动规律和三次样条曲线拟合方法,生成编织纱线中心线空间路径;提出纱线横截面生成算法,构建编织纱线几何结构模型;结合纱线接触检测算法,确定纱线之间接触规律,建立编织结构三维接触网络;提出等效接触面积法,计算纱线之间接触电阻;结合纱线电导性质,构建编织复合材料内部三维导电网络,计算编织复合材料电导率。 (4)采用实验表征和数值分析方法,研究三维编织碳纤维复合材料在直流电加载下电热效应。同步监测直流电加载下编织复合材料电响应和热响应,发现编织复合材料直流电加载下电热耦合行为,揭示直流电加载下复合材料电热相互作用机理;建立编织复合材料电热耦合行为有限元模型,明确编织复合材料内部电热产生、传导和分布的动态演化过程,阐明编织复合材料直流电加载下温度分布和热量传递的细观结构规律。 本文主要结论有: (1)碳纤维纱线电导性质。碳纤维纱线轴向电导率和横向电导率与纤维体积分数分别呈线性关系和指数关系。纱线轴向电流传导路径由所有碳纤维构成,纱线横向电流传导路径由所有碳纤维和碳纤维之间接触共同构成。轴向电流加载下,纱线内部电流均匀分布,纤维电势沿纱线轴向具有相同的电势变化规律;横向电流加载下,纱线内部电势与电流分布不均匀,纤维之间存在电势差,纤维电流幅值沿纱线轴向呈现阶梯变化。纱线横向电导率随纤维电导率、纤维之间接触力和接触频率的增加而增加,其中纤维之间接触频率的影响最显著。 (2)碳纤维纱线之间接触电导性质。碳纤维纱线之间电流传导行为主要依靠纱线表层纤维之间直接接触传导,纤维之间隧道效应仅在大接触压力下发生,其导电贡献可以忽略不计。纱线之间接触压力改变纱线纤维体积分数和纱线表层纤维高度,影响纱线之间纤维接触传导支路数量和电阻。碳纤维纱线接触电阻-接触压力曲线呈现三阶段变化趋势:敏感阶段、过渡阶段和不敏感阶段。敏感阶段纱线接触电阻随着接触压力的增加而急剧下降。增加碳纤维直径、弹性模量、电阻率和纤维波纹度,均降低碳纤维纱线之间导电性能,其中纤维直径的影响最显著。 (3)三维编织碳纤维复合材料电导性质。编织复合材料轴向电导率远大于横向电导率,大编织角复合材料具有更低的轴向电导率和更高的横向电导率。编织复合材料轴向电流传导路径由所有编织纱线构成,横向电流传导路径由编织纱线和纱线之间接触共同构成。轴向电流加载下,电流均匀分布、电势沿轴向均匀分布;横向电流加载下,编织结构中间位置存在电流传导主要路径,电势分布与编织结构存在明显相关性,纱线电流幅值沿纱线空间路径呈现阶梯变化。点加载模式中,未加载纱线对于电流传导具有显著分流作用,加载纱线的电流幅值和电势沿纱线空间路径具有较大变化幅度。 (4)三维编织结构碳纤维复合材料直流电加载下电热效应。直流电加载下三维编织碳纤维复合材料表现出电热耦合行为,由于编织复

关键词： 柔性锌离子电池   二氧化锰   掺杂   凝胶电解质   编织  

摘要： 微电子器件的迅速发展,使得人们对可穿戴电子产品的需求不断增加,同时对其柔性、安全性提出了更高的要求。锂离子电池（Lithium-ion batteries,LIBs）因其高能量密度和长循环稳定性被广泛应用于便携式电子产品和电动汽车等领域。然而,锂金属的有限性和高成本以及有机电解质的不安全性阻碍了其在储能中的应用。水系锌离子电池（Zinc-ion battery,ZIBs）使用的安全水相或准固态电解质克服了LIBs使用的有机电解质易燃和有毒的缺陷,具有高安全性、低成本、环保等优点,有望在大型储能设备和可穿戴电子产品中得到广泛应用。其中柔性一维ZIBs因良好的机械性能和简单的制备工艺,在可穿戴领域备受关注。 基于此,本论文首先通过掺杂改性对MnO2的结构和性能进行调控,同时设计得到具有双网络链结构的水凝胶电解质,最后基于传统纺织技术,利用编织制备了柔性锌离子纱线电池。本论文研究的内容主要分为以下几个方面: （1）利用水热法,通过Zn2+离子对MnO2进行掺杂改性,将所制备的Zn-MnO2作为正极材料用于ZIBs,使用SEM、TEM、XRD、XPS及电化学测试等手段,对其形貌结构以及电化学性能进行了表征。Zn2+离子的加入,使得MnO2具有独特的球状纳米结构,在0.1 A·g-1电流密度下电池的比容量达到了307.6 m Ah·g-1。这种结构提供了更多的活性位点,并且有利于离子的传输,提高了MnO2的导电性以及骨架的结构稳定性。 （2）通过在丙烯酰胺（Acrylamide,AM）单体溶液中引入羧甲基纤维素钠（Carboxymethyl cellulose,CMC）大分子链,利用自由基聚合法成功制备了具有高吸水性和高离子导电性的CMC/PAM双网络水凝胶电解质,并对其机械性能和电化学性能进行了表征和分析。相较于PAM水凝胶电解质130%的断裂伸长率,CMC/PAM双网络水凝胶电解质的断裂伸长率达到538%,并且具有更高的离子传输速率、更好的循环稳定性和更高的比容量保持率,为其在ZIBs的应用提供了可靠的支撑。 （3）以Zn-MnO2为活性物质和CMC/PAM双网络凝胶电解质为材料,对柔性锌离子纱线电池的连续化制备进行了探究,以锌丝为包覆线,一体化的CMC/PAM双网络凝胶@碳纤维Zn-MnO2正极为芯线,利用编织实现纱线电池连续、稳定的组装。通过二维编织技术,使得制备的柔性锌离子纱线电池具有了特殊的编织结构,增强其柔性以及稳定性。同时对编织工艺进行优化,比较其形貌结构以及各种电化学性能。

摘要： 作为天津市公安局唯一一支全年全训的专业武装处突力量和特警总队五支青年突击队之一，“金鹰”青年突击队重点承担各类急难险重专项任务。“金鹰”青年突击队现有队员69人，其中35岁以下队员37人，中共党员31人。“金鹰”青年突击队以天津市公安局党委提出的“打造‘驻守天津、拱卫京畿、国内一流、国际先进’的精锐之师、威武之师”为目标，集全警之智，淬炼静音破拆、精度射击、精兵对抗等高尖端御敌本领，

关键词： 声子晶体   拓扑零能模   高阶节线半金属   类马约拉纳零能模   编织  

摘要： 近二十余年来,拓扑物相已经成为凝聚态物理中的一个重要研究领域。人们不仅在电子系统中也在例如声子晶体的人工结构中研究拓扑物理。相关研究使得人们对物质相能够做更细致的分类和研究,而且,拓扑态对扰动的鲁棒性还使其具有广泛的应用前景。传统的体-边界对应告诉我们,在那些比拓扑材料体块维度低一个维度的边界上可以找到拓扑保护的边界态。近年来,人们提出了高阶拓扑的概念,高阶拓扑材料中拓扑边界态将出现在比体块维度小多于一个维度的边界上。高阶拓扑的概念拓宽了人们对于拓扑物理的理解。此外,在种种拓扑物态中,位于费米面的零能拓扑模式或许是最早被人们发现的拓扑模式之一。1979年,Su、Schrieffer和Heeger即在聚乙炔结构中找到了具有零能量的孤子解。人们后来发现它可由一个一维拓扑不变量——Zak相位保护。尽管拓扑零模已经被发现了很久,它依然不断迸发新的活力。在近年来发现的具有体多极矩的高阶拓扑材料中,拓扑零能模即是高阶体-边界对应的例证。在拓扑超导体中,具有非阿贝尔编织性质的马约拉纳零能模式也吸引了非常浓厚的研究兴趣。在本文中,我们研究了高阶拓扑态和拓扑零能模,并探讨它们在声子晶体中的实现。 首先,我们关注于高阶拓扑节线半金属系统。我们理论设计并实验上实现了一种三维二阶拓扑节线半金属,其中,通过手性的层间耦合,我们在晶体中引入了依赖于布洛赫波矢kz的规范通量。在kz=0的 kx-ky 平面内,体带中存在交叉状的节线简并。对于kz≠0,非零的规范通量在晶格内诱导非平庸的体四级矩,进而在一维的棱边界上产生零能的棱态。除了对应于高阶体-边界对应的拓扑棱态,晶体中还存在对应于传统体-边界对应的鼓膜状表面态,它由一维拓扑不变量Zak相位保护。我们进一步通过声学实验观测了节线型简并的投影、拓扑鼓膜表面态和高阶拓扑棱态,实验证实了该声子晶体是一个二阶拓扑节线半金属。 之后,我们在Kekulé调制的蜂窝晶格中研究类马约拉纳边界零模。我们首先利用紧束缚模型研究这一晶格。在未被调制的石墨烯晶格中,在布里渊区的角点存在线性简并的狄拉克锥。当我们引入均一的Kekulé调制,狄拉克锥将被折叠到布里渊区中心并被打开形成一个能隙。在扶手椅边界下,能带中将不存在任何零能模式。接着我们将均一的Kekulé调制改为Kekulé涡旋调制,此时能隙中将出现零能模式。除去过去得到过研究的局域在涡旋处的零能模式,还会出现一个局域在边界上的边界零模。通过取不同的调制相位,边界零模的位置是可以被调控的。这个边界零模实际上是晶格的边界态发生能带反转形成的拓扑零能模式。我们还进一步分析了系统的低能哈密顿量,它和拓扑超导体中Nambu基矢下的Bd G哈密顿量在形式上一致。此外,边界零模的波函数是纯实数的。以上两点说明边界零模实际上是马约拉纳零能模的类似态。另外,通过调整边界取法和Kekulé调制的具体形式,边界零模会有一些相应的变化。 在系统地用紧束缚模型研究了Kekulé调制蜂窝晶格中的零能模式之后,我们设计了一种声子晶体,以在声学系统中实现类马约拉纳零能模式。我们使用三棱柱声学共振腔作为紧束缚模型中电子轨道的模拟,共振腔之间使用宽度不一的长方体耦合管道模拟紧束缚模型中不同强度的跃迁项。通过计算声子晶体在未引入Kekulé调制、引入均一的Kekulé调制以及引入Kekulé涡旋调制之后的本征能谱,我们可以看出声子晶体和紧束缚模型有很好的对应。我们同样在声学系统中研究了零能模式关于调制相位的变化规律,如同紧束缚模型预测的一样,边界零模的位置可以通过改变Kekulé调制相位来调控。声学系统中的边界态能带也被计算,结果证明了边界态能带存在反转,从而说明了声学系统中的类马约拉纳边界零模的拓扑起源。另外我们还研究了Kekulé涡旋对于声学系统中的零能模式数目调控的规律。 最后,我们通过紧束缚模型模拟类马约拉纳零能模的编织过程。马约拉纳零能模式的一个非常重要的性质是它们具有不同于费米子和玻色子的非平庸的交换统计性质。类似地,我们也关注我们系统中的类马约拉纳涡旋零模和边界零模是否具有相同的交换性质。我们首先研究了类马约拉纳涡旋零模的几何相位和其编织过程。涡旋零模在参数空间绝热演化一个周期会带来额外的相位,这使得两个涡旋零模在绝热地交换位置的时候,其中一个涡旋零模会获得额外的负号,而另一个涡旋零模没有变化,具体是哪个涡旋零模获得负号取决于演化初态的相位设置。我们还研究了类马约拉纳边界零模的演化相位和编织过程,归功于边界零模在绝热地通过晶格拐角时获得的额外负号,两个或多个类马约拉纳边界零模也具有非平庸的交换统计。边界零模的初始位置不同将带来不同的编织效果。

摘要： 一束高粱秆能干什么？在中国北方农村，高粱秸秆可以说是随处可见，村民们不是把秸秆当作牲畜饲料就是当作柴火肥料，然而谁也不会想到，这些看似毫不起眼的“柴火棍儿”，在河北井陉手工艺人赵润生的手里，却能化腐朽为神奇，经过他匠心独运的巧妙制作，竟然变身成为一座座精美的微缩楼阁，一个个可爱的动物模型，这些充满乡土气息的手工艺品，巧夺天工，魅力四射。

摘要： 小茶老师:您好！为了提升自己指导儿童游戏的能力，我一口气儿买了五本关于学前儿童游戏的书。但糟糕的是，拥有了这五本书之后，我却发生了阅读的混乱。因为作者不同，这五本书里对各种概念的解释并不完全相同，对各种游戏的分类维度也不同，甚至对同一种游戏中现象的解释也不同。对于我这样的新手老师，我应该用什么样的方法入手阅读呢？

关键词： 芒竹编织   博白   质朴   几何形  

摘要： 广西博白芒竹编织技艺是广西壮族自治区非物质文化遗产之一。博白地区芒竹编织工艺美术的艺术形式集中展现了该地区人民在审美上的追求,也蕴含了博白地区农耕文化、蛇文化的历史记忆和礼俗功能,更体现了道、儒两家师法自然、中和为美的美学思想。本研究以博白芒竹编织工艺品作为研究对象,通过查阅文献收集相关的图文资料,梳理博白芒竹编织工艺美术资料,进行艺术形式的分析,挖掘图像背后所呈现的文化记忆、信仰阐释、礼俗功能,从而丰富广西博白的编织工艺品在审美形式与审美文化方面的研究成果,为手工艺人在创作手工艺品时提供新的理论支撑。 本文分为四个章节,第一章节梳理博白芒竹编织工艺品的起源和发展,将工艺品按实用功能分为生产工具、生活用品、装饰物品三种类型。第二章节分析博白工艺品的艺术形式,通过造型、色彩、纹样展开。造型按工艺品外在形象可分为仿生造型和几何造型,它们都具有朴素率真的造型特点。色彩按材料分类可分为光源色彩、材料色彩、装饰部件色彩,它们都具有多样统一的色彩特征。纹样按来源可分为自然纹样、几何纹样、字形纹样,它们都具有对称均衡的形式特点。第三章分析博白工艺品呈现博白地区以农耕文化、蛇文化为主的文化记忆,受儒道二家美学思想所影响的信仰阐释,图像背后所蕴含的节庆仪式文化和人际交往文化。第四章总结博白工艺品的价值,已经提高当地人民美学素养、带动当地经济发展。