摘要：结构和材料方向的并行拓扑优化是过去几十年来的一个热门话题.然而,如何避免此类问题掉入局部最优相当具有挑战性。为了解决这个问题,我们在以前的工作中提出了一种将离散材料优化方法和连续纤维取向优化方法相结合的方法,称之为离散-连续参数化(DCP),该方法同时继承了离散方法的全局搜索能力和连续方法的全设计空间然而,DCP方法需要太多设计变量,导致了巨大的计算负担.因此,我们在本工作中提出了一种改进的DCP方法,以减少设计变量的数量,同时又不牺牲优化问题的凸性。在该方法中,我们提出了一种扩展的多材料插值方法,该方法能够大大减少设计变量的数量。然后,我们将所提出的插值方法集成到DCP方法中,最终建立了结构拓扑和纤维取向协同优化的改进DCP方法.几个基准优化实例表明,该方法可以在能大大降低陷入局部最优的风险的同时,使用更少的设计变量.

摘要：由于银硫簇的不稳定性和有限的刺激响应特性,构建新型的具有光开关性质的银-硫簇基金属有机框架(SCC-MOF)面临着重大挑战.基于此,本文设计并合成了一种新型光致变色的SCC-MOF(Ag_(12)-BMPTC),该材料利用二芳基乙烯配体和银硫簇前驱体通过溶剂缓慢挥发而得到.Ag_(12)-BMPTC在365和500 nm光照射下表现出优异的可逆光响应特性.此外,这种光开关性质为其在信息加密和手性开关方面提供了潜在应用.本研究不仅扩大了SCC-MOF的种类,而且为设计和合成新型光致变色材料提供了新的思路和潜在应用.

摘要：Based on the building principle of additive manufacturing,printing orientation mainly determines the tribological properties of joint *** this study,we created a polyether-ether-ketone(PEEK)joint prosthesis using fused filament fabrication and investigated the effects of printing orientation on its tribological properties using a pin-on-plate tribometer in 25% newborn calf *** ultrahigh molecular weight polyethylene transfer film is formed on the surface of PEEK due to the mechanical capture of wear debris by the 3D-printed groove morphology,which is significantly impacted by the printing orientation of *** the printing orientation was parallel to the sliding direction of friction,the number and size of the transfer film increased due to higher steady *** transfer film protected the matrix and reduced the friction coefficient and wear rate of friction pairs by 39.13%and 74.33%,***,our findings provide a novel perspective regarding the role of printing orientation in designing knee prostheses,facilitating its practical applications.

摘要：岩体强度与裂隙参数是反映工程岩体质量的基本参数,其准确获取是进行地下工程围岩分级与支护合理设计优化的前提。传统的岩体强度测试方法需要对现场围岩取芯并运至实验室测试,测试结果难以反映工程现场环境下的岩体力学性质,而对于岩体强度与裂隙参数的原位测试方法研究较少。本文基于能量守恒定律,建立了岩石切削能密度与随钻参数的关系式,构建了岩体等效强度随钻反演模型(ES-DP模型),系统开展了岩体数字钻进试验。结果表明,相对于传统测试方法,岩体等效强度随钻测试结果平均差异率为2.4%,验证了ES-DP模型对岩体等效强度测试的有效性。在此基础上,建立了岩体裂隙参数随钻识别模型,与实际测量结果相比,该模型测得的岩体裂隙位置与宽度平均精度分别为1.8和1.6 mm,测试精度较高。基于上述研究,本文提出了一种岩体强度-裂隙随钻识别方法,为实现地下工程围岩强度参数与结构特征的原位实时测试提供了新方法。

摘要：序列近似整数规划方法通过求解一系列可分离的近似整数规划子问题成功求解多类大规模拓扑优化问题.然而,这些近似子问题的解析求解依靠正则松弛算法,正则松弛算法要求子问题必须由二次或线性的目标函数以及线性的约束函数构成.同时,序列近似整数规划方法依赖于体分比下降策略,这使得其难以处理不包含体分比约束的拓扑优化问题.为进一步地完善序列近似整数规划算法,我们受移动渐近线方法的启发,引入经典的序列保守近似规划,以获得一系列可行性稳步提升的设计,这个新方法称作序列保守近似整数规划算法.新方法会产生一系列包含倒数设计变量的非线性的近似整数规划子问题,并通过调整渐近线控制子问题的保守性。由于正则松弛算法不能求解非线性子问题,一种基于KKT(Karush-Kuhn-Tucker)条件的简单的设计变量更新准则被给出.基于上述思想,序列保守近似整数规划算法不依靠体分比约束等线性约束就可以获得稳定的优化过程,由此可以用来求解复杂的离散变量拓扑优化问题.多类不同需求的拓扑优化问题被解决,包括考虑等式约束及非等式约束的、以及考虑有效的及无效的体分比约束的问题.数值结果证明,由于保守性的引入,整个优化收敛进程可以自适应地调节无需额外的结构分析.

摘要：Monitoring the electrophysiology activity of neurons and blood calcium signals can enable a better understanding of disease-related neural system ***,currently,in situ calcium ion monitoring tools are scarce and exhibit low integration and limited *** this letter,we propose an implantable probe with an integrated in situ Ag/AgCl reference electrode(ISA/ARE)that can monitor action potential(AP)and Ca^(2+) concentrations.

摘要：多硫离子穿梭和锂枝晶生长严重阻碍了锂硫电池的实际应用进程,而合理的隔膜结构可以达到一石二鸟的作用.本工作设计了一种携带有分散性TiN/CoO颗粒的氮掺杂碳纳米管结构(TCCNT),并将其用于锂硫电池隔膜修饰层.TCCNT的多孔结构和表面/内部携带的TiN/CoO颗粒不但实现了对多硫化物的物理、化学吸附和快速催化转化作用,其高导电性的空腔结构和亲锂作用还能够均化锂离子流,在5 mA cm^(-2)的电流密度下实现长达2000 h的均匀锂沉积/剥离过程.TCCNT合理的结构设计有利于各材料组分之间最大限度地发挥协同效应.采用改性隔膜所组装的锂硫电池在常规和高硫载量两种情况下均表现出较好的电化学性能,表明其具有一定的实际应用潜力.

摘要：缺陷位点的引入可以通过增加对反应中间体的亲和力来提高催化剂的催化能力.纳米材料中存在多种缺陷类型,如阳离子缺陷和阴离子缺陷.不同的缺陷位点对电催化性能的贡献不同.因此,构筑缺陷必须精准、明确,以便于确定最优的缺陷类型,促进电化学反应.在这项工作中,我们以钴空位为例,分别成功合成了二价钴空位(Co3O 4-VCo(II))和三价钴空位(Co_(3)O_(4)-VCo(III))的Co_(3)O_(4).电化学结果表明,钴空位的引入可以显著提高Co_(3)O_(4)的电催化性能.Co_(3)O_(4)-VCo(II)表现出最突出的析氧反应(OER)性能,反应动力学速率最快.X射线光电子能谱分析表明,在OER过程中,VCo(II)的存在可以使CoOOH活性位点快速形成.密度泛函理论计算表明,钴空位的引入使Co_(3)O_(4)拥有类似金属的导电性.VCo(II)的存在使得O p带中心靠近费米能级,自由能势垒降低,电催化剂表面氧交换动力学速率加快,对反应中间体的吸附能最佳,从而表现出优异的电化学性能.本研究为设计高效的富缺陷电催化剂提供了重要指导.

摘要：氢键有机框架材料(HOFs)在催化领域具有巨大的潜力,但其孔道空间在去除溶剂后易塌陷,限制了其在光催化能源转换和存储方面的应用.本研究采用孔道分割策略成功设计并合成了一种稳定孔道结构、高效光催化CO_(2)还原活性的HOF催化剂.H4TBAPy分子通过与HOF孔道中大量的CH…π相互作用锚定自身,并将HOF的大孔道分隔成多个小空间,显著增加了HOF框架的稳定性.同时,富电子属性的H4TBAPy分子提升了HOF体系中电子的传输速率,从而提高了催化活性.这项研究为设计稳定、高性能的HOFs光催化剂提供了新策略.

摘要：昆虫和微型飞行器存在间隙狭窄的串列式拍动翼-固定翼构型.与独立的拍动翼相比,两翼之间的干扰作用可以增强推力,但推力增量能否通过倾斜拍动平面而转化为升力尚不清楚.本文采用浸润边界法和格子玻尔兹曼方法研究了这种串列双翼构型在不同拍动平面倾角下的气动性能。结果表明,当拍动平面倾角为75°时,干扰作用产生的大部分推力增量转化为升力增量,证明了通过倾斜拍动平面实现升推转化的可行性。除了几何投影和有效迎角改变的贡献外,升力增量还来自于两翼位置最接近时的额外升力峰,其流动机制包括两部分:一方面,固定翼阻碍了拍动翼产生的射流并在间隙内产生了较强的水平回流,从而增强了拍动翼上翼面后缘附近的低压区;另一方面,固定翼前方的上洗气流增强了拍动翼下翼面的高压区.进一步分析表明,这种增升机制在多个拍动幅度下有效,因此可以认为该机制在三维构型中仍然存在。上述研究结果揭示了一种通过倾斜拍动平面来增强串列式拍动翼-固定翼构型升力的新机制,为以这种构型为基础的微型飞行器提供了新设计方案.