摘要：基于网格类方法的结构拓扑优化易出现网格依赖性和棋盘格等数值不稳定现象。采用无网格伽辽金(Element-free galerkin,EFG)法建立了正交各向异性材料热力耦合周期性结构的多目标拓扑优化模型,以结构柔度和散热弱度的加权函数为目标函数,并通过重新分配不同子域内对应节点处的目标函数灵敏度保证结构的周期性。研究了权系数、设计子域数、泊松比因子、热导率因子及材料方向角对EFG最优多目标周期性拓扑结构和目标函数的影响,并得到了上述参数值的合理范围。与有限元拓扑优化结果对比验证了模型的正确性,结果表明该模型不使用敏度过滤技术也能获得清晰的结构轮廓边界,并利用3D打印技术加工了最优周期性结构。最后,选取了一组最优参数对正交各向异性材料结构进行了EFG多目标周期性拓扑优化设计,并与各向同性材料结构对比发现,正交各向异性材料最优周期性拓扑结构的温度场、位移场和应力场均有明显改善,加权目标函数、结构柔度和散热弱度分别降低了6.5%、32.6%和48.6%,体现了正交各向异性材料多目标周期性结构的性能优势。建立的无网格法拓扑优化模型,为复合材料周期性结构的轻量化设计提供了重要的理论指导。

摘要：受城市建设空间和既有建筑的限制,市区新建地铁距离既有建筑物往往会很近,环境振动问题突出。通常采用周期性结构物作为隔振措施,但隔振效果受设计参数的影响较大,目前依赖于经验,缺乏相关机理研究。以福州地铁1号线为例,基于周期性理论,利用COMSOL Multiphysics有限元软件,通过频散分析和频域分析研究了周期性连续墙与周期性排桩的隔振机理,并研究了晶格常数、墙体厚度对于周期性连续墙隔振的影响规律。结果表明:当连续墙布置间距为1.03~1.28 m,厚度为间距的0.2~0.3倍时,结构带隙可满足工程要求;数量为5排时,结构带隙振动衰减达5 dB,隔振效果较好。研究结果可为地铁超近区工程的减隔振提供参考。

摘要：为了改善金属钼(Mo)电极的光学特性,采用类桑拿法通过聚苯乙烯小球自组装制备了具有周期性结构的Mo电极,通过控制钼的沉积厚度和小球的刻蚀时间来获得具有不同高度和周期的衬底结构,并研究了其对周期性Mo衬底光学特性的影响。实验结果表明:周期性结构衬底显著提高了长波区域(>1 100nm)的反射,尤其当铜锌锡硒(CZTSe)吸收层厚度减薄至0.5μm时,为了进一步增加光吸收,通过在CZTSe薄膜表面引入金字塔形貌的氧化锌,与周期性衬底形成了光学陷阱结构,增加了CZTSe光吸收。该结果对超薄化合物电池的研究具有一定的指导作用。

摘要：利用周期性结构纹理图像独特的频谱分布,设计出一种基于频谱特征的周期性结构参数检测方法,搭建了静态图像检测和实时采集检测系统,对织物密度进行多次检测实验.检测结果表明,相对误差小于1%的比例达到96.7%,平均误差比现有算法降低了约36%,单帧图像检测时间约为150ms,适用于工业检测场景.将所提方法应用于纸张计数、木材纹理检测、微结构阵列检测等实际应用领域,实验结果表明,基于频谱特征的周期性结构参数检测方法的准确度较高,适用范围广,检测效率高.

摘要：为设计红外周期性吸波结构,本文分析了周期性吸波结构的谐振单元尺寸、介质层厚度和介电常数对吸波效果的影响,研究周期性吸波结构的吸收规律,设计了一种由两种不同尺寸圆形贴片构成的周期性结构,仿真结果表明该结构在SO_2气体探测器的两个特征吸收波长4.0mm和7.35mm处吸收率分别达到99.67%和99.97%,并且该结构对极化方向不敏感,吸波效果良好。

摘要：周期性结构由于具有轻质、吸能、减震等性能优势而在航空航天、能源动力等领域的结构设计中受到广泛关注。然而,现有的关于周期性结构拓扑优化的研究大多是在静态载荷条件下进行的。考虑到实际工程中存在动态载荷的作用以及载荷不确定性对设计结果的重要影响,有必要开展动态载荷不确定条件下的周期性结构拓扑优化方法研究。综合考虑动态载荷的大小、方向、作用位置和激励频率存在不确定性,以结构动柔度模的均值和标准差的加权和为目标函数、结构体积分数为约束,建立了动态载荷不确定条件下的周期性结构稳健拓扑优化模型,提出了基于复合变量降维法和高斯积分法的不确定性量化与传播方法,导出了目标函数的计算方法及其对设计变量的灵敏度列式。通过数值算例验证了所提方法的有效性以及动态载荷不确定性对周期性结构拓扑优化设计的影响。

摘要：为了获得复合材料稳态导热性优化微结构构型,基于独立连续映射法,建立了周期性结构拓扑优化模型。在优化模型中,以重量最小化为目标、散热弱度为约束。采用一阶泰勒展开近似表达散热弱度约束函数。基于偏微分方程实施的图像过滤方法消除了棋盘格现象和网格依赖性问题。为了满足周期性约束,设计区域划分为若干相同大小的子区域,散热弱度贡献系数被重新分配。对比分析循环周期数、不同约束载荷工况下的拓扑优化构型。数值算例结果验证提出方法可以有效实现热传导下的复合材料微结构优化设计。

摘要：为减小舰船动力设备机械振动的传播,提高舰船减振能力,本文设计了一种在压缩载荷下具备负泊松比特性的周期性矩形管浮筏结构。通过数值模拟分析了矩形管层数、梯度排列方式和矩形管单胞壁厚对结构振动传递特性的影响。结果表明:矩形管层数和矩形管单胞厚度对结构的固有频率影响较大。在相同面密度下,梯度排列的矩形管可改变结构的共振频率,同时对减振效果有一定程度的提升。此外随着矩形管壁厚的增加,结构的固有频率逐渐增高,同时结构整体的减振效果呈现先增强后减弱的趋势。

摘要：超透镜光刻技术是一种很有前景的纳米结构成像技术,由于其具有可以克服衍射极限的能力,直到2005年,张翔和他的同事在365nm紫外线波长下成功的对一排纳米线和刻在高分子膜上的四个字母"NANO"实现了超分辨成像,分辨率高达1/6入射波长。通过传递矩阵方法优化出超透镜结构,并通过选择适当的材料和设计在超透镜结构中的每个层的厚度以及合理的优化实验等方法制备一个新的超透镜结构,利用这种超透镜结构实现了周期性纳米结构及孤立纳米结构的亚波长成像。实验结果表明,对于周期性的纳米结构,其图像分辨率达到100nm,而孤立结构的分辨率低于50nm,小于入射波长的1/7。

摘要：为了研究水下含周期性空腔结构的吸声机理,建立并验证了含轴对称空腔周期性结构吸声特性计算的简化有限元仿真方法,用简化的有限元模型结合遗传算法对水下环境含周期性圆柱空腔结构的吸声性能进行了优化设计。从能量耗散、变形和模态的角度分析了含周期性空腔结构的吸声机理。空腔结构谐振包括表层的弯曲振动和空腔附近的径向变形,且径向运动也是随吸声结构厚度变化的。相对低频区主要激起表层振动模态,高频区激起径向运动模态,且径向振动对声学性能影响很大,其更有利于促进纵波转化为能量更易消散的横波。