摘要：3D打印技术能够实现面向性能的设计以及非常规结构的制造,其在隔热领域的应用可以使材料具有更加精细、可控、定制化的结构与功能。当前,3D打印隔热材料技术仍处于快速迭代期,打印材料、结构设计和制造工艺等技术瓶颈尚待突破。本文对3D打印隔热材料的现状进行了综述,简要分析了在隔热材料制造方面较有前景的3D打印工艺,对比了各工艺的优缺点以及适用的材料类型,着重讨论了3D打印陶瓷、发泡混凝土、泡沫塑料和气凝胶材料在隔热领域的研究进展,最后总结了目前面临的技术挑战和未来的主要发展方向。

摘要：针对当前丘陵山地板栗采摘困难、人工收获工作强度大、采收效率低等问题,设计了一种由柔性钢丝绳曳引振动的小型摇枝式板栗落果装置。建立板栗果实-果枝单摆动力学模型,分析果实脱落条件,得到板栗果实振动脱落切向加速度为285.36 m/s~2,得出影响板栗果实脱落的主要因素为果枝振动频率、振幅、振动时间;进行板栗果枝振动特性试验,用Default Shaker液压振动台以0~30 Hz扫频方式确定垂直方向上板栗果枝共振频率,并在频率7~15 Hz段进行驻频试验,得出振动落果较优频率为10~12 Hz。根据果枝振动试验结果,利用ADAMS软件对摇振机构进行仿真,结果表明,摇杆振幅大于95 mm时,果枝末端加速度可满足板栗果振动脱落的加速度条件,确定了落果装置参数设计的合理性。设计了三因素三水平正交试验,试验结果表明,板栗落果最佳作业参数组合为摇振频率11 Hz、振幅135 mm、摇振时间30 s,此时板栗落果率为91.9%,树皮损伤率为8.8%,满足农业机械推广鉴定标准中树皮损伤标准。

摘要：点阵结构因其比强度高、比刚度高,减振降噪性好和隔热吸能能力强等特点,已被广泛应用于航空航天和交通运输等领域主承力零部件设计.但现有的点阵结构设计大都基于等截面假设开展,严重制约了材料分布优化的寻优空间,无法满足质量敏感领域极致轻量化设计的迫切需求.而目前关于变截面点阵结构设计的研究大都基于实验的“试错式”经验调配模式,其相应的理论设计方法尚不完善.文章基于灰狼智能优化算法,提出了一种高效的变截面点阵结构设计方法.首先,基于水平集函数构建变截面点阵的显式几何描述模型,以实现变截面点阵几何形状的自由描述;其次,采用能量均匀化方法预测变截面点阵单胞的宏观等效力学属性,建立宏观点阵结构与变截面单胞构型间的内在联系;然后,以变截面点阵的几何描述参数为设计变量,材料用量为约束条件,最小化柔度为目标函数,构建变截面点阵优化数学模型,并采用灰狼优化算法实现上述模型的高效求解,得到性能优化的变截面点阵结构;最后,通过二维和三维数值算例和仿真分析共同验证了所提方法的正确性和有效性,并与相同条件下等截面点阵结构的承载能力进行了比较.结果表明:优化后变截面点阵结构的柔度相较于相同条件下的等截面点阵结构可降低30%以上,具有更优异的承载能力.研究结果丰富了变截面点阵结构设计理论,在高端装备极致轻量化设计领域具有重要应用前景.

摘要：针对传统的星基全球导航卫星系统反射测量(global navigation satellite system–reflectometry,GNSS-R)技术在土壤湿度反演中对土地覆盖类型信息利用不全面的问题,引入基于国际地圈生物圈计划(international geosphere biosphere programme,IGBP)分类的土地覆盖类型数据,考虑不同土地类型间的相似性和差异性,根据语义关系设计了精细化的特征标签,并将其加入BP(back propagation)神经网络中构建土壤湿度反演模型。利用该方法得到的土壤湿度与参考值的相关系数为0.85,均方根误差为0.060 cm^(3)/cm^(3),相比于已有的IGBP编号标签法,反演精度提升了7.7%。结果表明,精细化土地覆盖类型标签法可以更大程度地利用土地覆盖信息,不依赖植被、地表粗糙度等辅助数据,有效实现土壤湿度反演。

摘要：为研究超高韧性水泥基复合材料(UHTCC)在200~−100℃温度作用后的力学性能,设计了不同纤维体积掺量的UHTCC,经中高温和低温作用后进行基本力学性能试验,通过UHTCC强度和变形等参数评价了中高温和低温作用后UHTCC的力学性能。结果表明:纤维的掺入能有效改善基体的脆性,提升材料的韧性;同时温度作用导致材料内部出现初始缺陷,对UHTCC的力学性能有明显的影响,且低温作用的影响要明显高于高温作用,当温度降低至−100℃时,UHTCC强度最大降低约75%,变形最大降低约92%,但温度作用未对UHTCC的泊松比产生明显影响。在此基础上提出了中高温及低温作用后UHTCC轴压和轴拉应力-应变关系回归模型,为UHTCC材料在极端温度环境下的性能设计和工程应用提供参考。

摘要：芳香性是有机化学中的重要概念,传统芳香族化合物的芳香性通常源于π电子在环上下平面产生的高度离域,而σ-芳香性则主要源于分子内σ键和轨道重叠,两者均能影响分子的电子传输能力.采用密度泛函理论结合非平衡格林函数(DFT+NEGF)方法对苯、噻吩和呋喃及其衍生物进行了芳香性和电子输运性质的系统研究.计算结果表明,苯、噻吩和呋喃分子的电子输运性质受π-芳香性和σ-芳香性影响,其中σ-芳香性和电子传输正相关,而π-芳香性和电子传输能力成负相关.含有两个芳香环的联苯二巯基(DB)、联噻吩二巯基(DT)和联呋喃二巯基(DF)分子的电子传输能力受分子平面化影响较大,DF中呋喃环表现出比DT中噻吩环更大的NICS(1)zz值.芳香性化合物具有更好的共平面趋势,通过F原子修饰DT和DF分子产生分子内F…S和F…O非共价相互作用的设计策略可以极大增加分子平面性和刚性.同时,含有分子内F…S和F…O相互作用的虚拟五元环具有平面σ-芳香性特征,有效促进电子沿F…S和F…O路径进行传输,从而提高电子传输能力.本研究有助于进一步理解分子芳香性与电子传输能力之间的内在关系,为未来设计更高效的电子器件提供策略.

摘要：正电子发射断层成像(Positron Emission Tomography,PET)在很多疾病的早期诊断中有重要的作用,PET图像重建的难点之一是如何在保持重建图像中病灶边缘特性的同时具有良好的去噪性能.针对此问题,本文提出了一种结合图拉普拉斯正则化和深度图像先验的PET图像核重建方法 .设计了改进的U-net神经网络,将PET前向投影模型中的核系数表示为神经网络的输出;通过先验图像构建图拉普拉斯矩阵,重建问题被建模为基于神经网络的带图拉普拉斯正则化项的最大似然函数优化问题.利用优化转移方法导出了收敛的迭代重建算法,每一次迭代包括由核重建方法更新图像和利用神经网络更新核系数两个步骤.仿真和临床实验结果表明,本文提出的方法在不同的指标下都有更好的重建效果,优于已有核重建方法以及最新的基于深度系数先验的重建方法 .

摘要：为探究低温作用对改性骨料-钢纤维再生混凝土弯曲性能的影响,将再生骨料通过水泥净浆改性处理后,分别设置30wt%、60wt%再生骨料取代率,掺入适量钢纤维制成净浆改性再生混凝土(CRAC),以我国北方寒区温度为背景设置20℃、0℃、-20℃、-40℃、-60℃的温度梯度,将CRAC经低温作用进行抗压强度及四点弯曲性能试验,对其进行等效弯曲强度及弯曲韧性分析,同时结合SEM从微观结构角度揭示其宏观性能改变机制,在此基础上给出了低温作用下再生混凝土的纤维增强效应表达式。结果表明:经低温作用CRAC弯拉强度显著提升,较常温最大可提升约168%;随温度的进一步降低,受冰晶生长作用及改性骨料特性影响,再生骨料取代率为60wt%的CRAC耗能能力较30wt%表现更优;同时低温作用下钢纤维体积掺量为1.5vol%的CRAC强度及韧性性能提升效果最佳,研究结论为低温作用下再生混凝土的性能优化设计及推广应用提供参考。

摘要：利用光催化还原技术将CO_(2)定向转化为乙醇(CO_(2)-乙醇)是解决日益严重的环境污染和能源危机的理想途径之一.然而,CO_(2)分子的高化学惰性以及C-C耦合反应的高化学能垒导致目前CO_(2)-乙醇转化反应的产率和选择性较低.因此,设计构建能够快速活化CO_(2)分子并同时促进C-C耦合的光催化材料具有重要研究意义.尽管已有研究表明,Cu+物种在促进C-C耦合方面具有一定优势,但其在催化反应过程中的不稳定性限制了其实际应用.基于上述认识,本文通过理论模拟预测发现,相比于Cu单原子,CuNi异核双原子(CuNi HDAs)不仅在CO_(2)活化及C-C耦合方面更具优势,而且能够有效锚定并固化Cu+物种.因此,本文设计了一种三步合成策略,精准地将Cu单原子锚定在(Ni,Zr)-UiO-66-NH2材料的Ni位上,合成了以CuNi HDAs为活性位点的Cu-(Ni,Zr)-UiO-66-NH2光催化材料.在可见光照射下,Cu-(Ni,Zr)-UiO-66-NH2表现出较好的催化CO_(2)-乙醇转化活性,其乙醇的产率和选择性分别达到~3218μmol·gCu^(-1)·h^(-1)和97.3%.光谱分析和密度泛函理论计算结果表明,Cu-(Ni,Zr)-UiO-66-NH2材料较好的光催化性能来源于CuNi HDAs特殊的电子结构.首先,CuNi HDAs通过CuNi-O界面化学键与吸光组分(Ni,Zr)-UiO-66-NH2相连,利用界面Cu-Ni-O键作为快速电子传输通道,CuNi HDAs能够富集到足够的光生电子用于涉及12电子的CO_(2)-乙醇转化反应,使得乙醇产率大幅提升.其次,Cu,Ni和O三种原子由于电子亲核能的差异,导致CuNi HDAs的电子分布呈现不对称性.这种不对称的电子结构能有效诱导CO_(2)分子的极化,打破其结构的对称性,从而显著降低CO_(2)分子的活化能.再次,相比于Cu单原子,CuNi HDAs对*CO中间体的吸附能力更强,这不仅增强了活性位点表面*CO中间体的覆盖度,还抑制CO的生成,为C-C耦合创造了充分条件.最后,由于Cu-Ni双活性位电子密度的差异,CuNi HDAs表面的C-C耦合反应势能较低,有利于*OCCHO中间体的快速生成,从而使乙醇产物的选择性大幅提升.综上,本文以理论计算模拟为指导,以UiO-66-NH2材料为基底,成功设计并制备了一种具有不对称电子结构的CuNi HDAs光催化材料,实现了高选择性CO_(2)光还原为乙醇.研究表明,CuNi HDAs的不对称结构在促进分子活化和降低C-C耦合反应能垒中起关键作用,同时促进了光生电子在CuNi HDAs活性位的富集.本文的研究结果为在原子尺度上设计并合成高性能的CO_(2)还原光催化剂提供了实验和理论参考.

摘要：针对圆柱形壳体承载效率的局限性问题,提出了变曲率壳体的设计思路.基于薄膜理论和无矩理论,推导了非闭合母线的旋转壳应力与屈曲载荷计算公式.以广义等强度壳理论作为评价耐压壳体承载能力的重要指标,对不同构型旋转壳的应力与屈曲载荷进行了理论预报,探讨了壳体承载的最优构型.最后基于增材制造技术制备了圆柱壳与变曲率壳模型,设计静压试验验证壳体构型与力学性能的影响规律.结果表明:变曲率壳体具有明显的承载优势,两个主方向应力的比值低于圆柱壳,屈曲载荷高于圆柱壳;改变壳体几何构型对其承载能力有一定影响,当r0/rn确定时影响不明显,综合考虑加工精度及初始缺陷等因素,壳体使用圆弧构型效果较好;提出的理论公式在应力预报方面具有较高准确性,在预报屈曲载荷过程中,由于壳体承载进入了非线性阶段,不可避免地导致了误差,应使用非线性方法进行修正.