摘要：基于非线性屈曲有限元模型,该文结合正交试验和多因素方差分析方法研究了大型有面外支撑杆X撑结构的稳定性,并采用非线性曲面回归和BP神经网络机器学习对结构进行了优化设计,获得了临界屈曲系数预测模型,为复杂的高度非线性问题提供了一种解决思路。具体而言,搭建了支持表格形式自动化模拟的ANSYS和SOLIDWORKS联合仿真有限元模型,在充分考虑几何设计参数和边界条件的基础上进行了显著性正交试验和多因素方差分析,从中筛选出了主要影响因素并确定了优化设计自变量。然后,以显著性分析为指导进行了优化设计正交试验,利用非线性曲面回归方法和BP神经网络机器学习方法完成了结构优化设计。研究发现:面内支撑几何参数对结构稳定性的影响更为显著,其中临界屈曲载荷对面内支撑管径的变化最为敏感;另外,面外支撑会增加面内支撑的刚度,且节点位置会显著影响整体结构的稳定性;同时,载荷比的影响也很大,拉力会改善结构稳定性。针对新型复杂结构和初期优化设计,该文提供了一种基于数据驱动的高效优化设计方法。

摘要：X型支撑结构已广泛应用于大型海洋工程主要支撑结构设计中,如设计使用不当,将有可能发生由支撑杆的屈曲失稳而引发的结构坍塌变形。在极限荷载下,X撑杆的屈曲失稳本质上属于典型的多跨压杆稳定问题,其极限承载力与撑杆的结构组成、几何参数以及端部约束密切相关。该文主要研究有(无)面外支撑的非对称交叉支撑体系在任意弹性支撑下X撑结构屈曲特性,侧重于考察端部约束、受力形式、面外支撑刚度等因素的影响。首先基于线弹性理论框架,建立了双跨受压杆件平衡方程,利用牛顿迭代算法进行屈曲载荷计算,从而得到跨中连续的非对称交叉支撑杆的有效长度因子数值解,并对端点支撑刚度和跨中支撑刚度进行了敏感性分析。结合工程实践,给出了杆件屈曲长度系数和刚度约束条件关键设计参数。

摘要：在河水与海水的交界处实现渗透能提取与捕获是解决未来能源危机的重要方式之一.渗透能因为储量大,容易获取以及绿色可持续的优势受到广泛关注.反向电渗析技术是一种能够有效捕获渗透能的方法之一,目前已经得到了深入的研究与发展.离子交换膜是反向电渗析技术转换渗透能的关键组件,其性能的优异程度决定能量转换效率的高低.常见的膜材料主要是高分子聚合物及其改性化合物,最近一些二维材料如石墨烯、氧化石墨烯、二硫化钼、各种框架材料及其改性复合物因优异的选择性离子传输、纳米级通道、丰富的表面功能基团以及可修饰性成为捕获渗透能的重要膜材料.本文综合评述了二维材料作为离子传输通道的类型以及相应的传输机理;例举了二维材料及其复合物的设计方案和在渗透能转换方面的具体应用;最后提出了目前二维材料在渗透能转换领域中面临的挑战以及未来的发展方向.

摘要：该文从理论分析和数值计算的角度研究了一种有面外支撑的X支撑系统的稳定性问题,提出了一种简单高效的计算方法,这种X支撑的两条支撑对角线的交点处连接了一个面外撑杆。考虑有面外撑杆的非对称交叉支撑体系在一般情况下的弹性屈曲,即不同长度、截面和载荷的连续对角,面外撑杆与X支撑平面可以有不同角度,并且X支撑的交叉点不固定在跨中。建立了两端固接的双跨受压杆件跨中任意线弹性的特征值矩阵,利用迭代算法进行屈曲载荷计算,详述了新型X支撑系统的屈曲荷载理论计算方法。推导了两端固接的双跨受拉(压)杆件跨中任意位置处的转动刚度计算公式,并通过数值计算讨论了不同受力形式转动刚度对X支撑的屈曲长度系数的影响,阐释了在实际结构中转动刚度对屈曲载荷的影响可忽略。进行比例加载屈曲分析,分析的目的是建立受压杆件的有效长度因子与压缩杆件和拉伸杆件的力比之间的关系。得到了任意位置处的非对称交叉支撑系统有效长度因子的数值解,并通过已有文献的退化结果验证了其有效性。结合工程实际,给出了屈曲长度系数的理论推荐值。

摘要：拓扑结构能对细胞的行为进行调控,这对于组织和器官的形成以及整体结构和功能的发展至关重要。激光微纳加工技术的崭新应用正引领着细胞生物学研究的一场革命。激光技术的高精度和高可控性使得设计特定拓扑结构成为可能,为细胞工程、组织工程和再生医学等领域的发展提供了强大动力。本文综述了拓扑结构的设计要素、激光微纳加工技术,尤其是减材和增材这两种激光加工技术及其制备的拓扑结构在细胞生物学中的应用。本文旨在总结激光加工技术制备的拓扑结构及其在模拟细胞微环境、实现细胞导向和定位以及促进组织修复再生方面的应用,为生物医学工程的发展提供新的解决方案。

摘要：生物材料的表面拓扑结构能够显著影响细胞的黏附、增殖、迁移和分化等行为.为有效模拟体内细胞微环境,利用飞秒激光无掩模光学投影光刻技术制备了一系列曲线型拓扑结构.结果表明:细胞在沟槽、折线和三种不同曲率的波浪形拓扑结构上严格按照拓扑结构形貌进行生长、迁移.当波浪形结构曲率过大时,细胞改变原有的迁移方向,产生沿弯曲方向的迁移行为.共聚焦荧光显微图像显示:细胞在折线结构和波浪线结构的拐角区域发生骨架重排,相较于线区域细胞圆度增加.据此提出了细胞在曲线型拓扑结构上的迁移机制.该研究揭示了细胞对曲线型拓扑结构的响应机制,将为体外植入材料的设计提供科学依据.

摘要：光合作用将太阳能储存在化学反应中,是绿色高效的能量转换途径。模拟自然光合作用系统活性中心的结构和功能,实现小分子物质(H_(2)O、CO_(2)、N_(2)等)中惰性化学键的活化转化,对于解决能源和环境等问题具有重要意义。本文综述了人工光合作用在水分解、二氧化碳及氮气还原领域取得的重要进展,分析了相关光化学转换体系的设计思路和工作原理,并对人工光合作用面临的挑战和未来发展方向进行讨论。

摘要：对双光子引发剂的设计合成和飞秒激光双光子聚合技术的基本原理进行了简单介绍。着重介绍了用于水凝胶双光子聚合的引发剂的研究进展,主要包括通过扩大共轭链长度、引入强供/吸电子基团、加入共引发体系等来增大双光子吸收截面,引入自由基淬灭基团以降低荧光量子产率,增加引发剂的水溶性来降低微结构细胞毒性等方面。这些研究为生物相容性三维水凝胶微纳结构的制备及应用提供了科学基础,是更好地模拟体内细胞生长微环境的必要条件。接着,介绍双光子聚合制备的水凝胶微纳结构及其在组织工程领域中的应用。最后,对生物相容性水凝胶微结构在应用中存在的问题与未来发展趋势进行总结和展望。

摘要：为提高用于医用同位素^(211)At生产的金属Bi靶在高束流功率作用下的可靠性与使役寿命,对多种束流均匀化方法进行了模拟与对比,利用计算流体力学(CFD)方法模拟分析了在wobbler磁铁作用下强度为500 eμA的α束流轰击Bi靶产生的热效应,为靶系统的设计和寿命的延长提供了关键技术支撑。结果表明,通过扫描实现束流均匀化可大幅降低靶上的最大热功率密度;在靶前采用wobbler磁铁对束流进行周期性圆扫描可有效降低Bi靶的表面温度。当扫描频率为50 Hz时,Bi靶最高温度为189.8℃,低于其熔点(271.3℃),能够满足Bi靶在此高功率束流照射下安全运行的温度要求。

摘要：全息光波导具有体积小、重量轻、成像清晰、设计灵活、可为使用者提供较大的眼动范围等诸多优势,是头戴式增强现实显示器(HMD-AR)中最实用的波导耦合技术.为提升HMD-AR系统的成像能力,扩大其视场范围,作为耦入和耦出元件的体全息光栅(VHG)须具有高的折射率调制度(Δn).光致聚合物是制造高性能透明VHG材料中最有潜力的一种记录介质.本综述介绍了HMD-AR中全息光波导的工作原理和光致聚合物VHG的制备原理,梳理了近期该领域中光致聚合物的研究进展,归纳总结了光致聚合物配方中的光引发体系、成膜树脂、记录单体和纳米粒子等添加剂以及记录介质的后处理方式对其全息光学性能的影响,以期为设计新组分、研发Δn更高的记录介质、制备性能更优的HMD-AR提供指导.