摘要：本文总结了近几年湿度响应致动器的研究进展,从湿度响应致动器分类和驱动原理出发,主要讨论了响应性材料和致动器结构设计,对湿度响应材料目前的发展现状和存在的关键科学难点进行了系统的总结,旨在为具有新颖功能的智能微型致动器提供新的设计思路。多刺激响应、可编程,多功能和驱动-传感-控制一体化等多学科交叉研究方向将是未来湿度响应致动器研究新的突破点。

摘要：由于储量丰富、价格低廉及安全环保等突出优点,钠离子电池(SIBs)被认为是大规模储能应用的主要候选技术之一,而正极材料的开发也决定了钠离子电池的商业化进程和最终性能。钠离子电池层状氧化物正极材料,具有比容量高、构造简单、稳定性好等优势,是最富有前景的钠电正极材料之一。但此类材料目前仍面临电化学过程的不可逆变化、空气中储存不稳定和界面稳定性较差等问题,严重制约着钠离子电池商品化进程的发展。为了解决材料所存在的这些问题,研究人员对其进行改性优化。据此,本工作综述了钠电正极材料层状氧化物离子掺杂、表面包覆、纳米结构设计、P/O混合相等改性措施所取得的成效,为钠电正极材料层状氧化物改性研究提供了基础,并对层状氧化物的后续发展趋势进行了展望。

摘要：可充锌空气电池具有比能量高、工作电压稳定、安全性好、无环境污染等优势,被人们认为是最有前景的绿色能源装置之一。然而,可充锌空气电池的空气电极在充放电过程中需要发生可逆的氧还原和氧析出反应。由于该类反应涉及固-液-气三相界面,因此动力学过程非常缓慢。所以,设计具有高效催化作用的空气电极尤为重要。本论文从可充锌空气电池原理和空气电极结构出发,介绍了传统空气电极与一体化空气电极的结构特点和性能差异。通过对近几年的可充锌空气电池一体化空气电极相关文献的探讨,本文综述了不同导电基底和催化剂组成的一体化空气电极的制备及其锌空气电池性能的研究进展。着重对碳基和金属基一体化电极的优缺点和存在的问题进行总结,提出了这两种电极未来的优化改进方向。进一步介绍了空气电极三相界面结构的重要性和改进策略,分析表明,构建合理的三相界面能够有效提高电化学反应的传输动力学。最后对可充锌空气电池在实用化进程中需要解决的难点问题进行了总结和展望。

摘要：锂硫电池因为具有极高的能量密度和理论比容量,而且作为正极主要材料的单质硫储量丰富、生产成本较低,被认为是未来储能领域中最具应用前景的一类电池。但是在其实际应用之前还有一些技术难题亟待解决,比如活性材料硫的导电性差、正极体积膨胀、穿梭效应等问题严重影响了电池的循环稳定性,尤其是可溶解的长链多硫化物中间体在正极与负极之间来回迁移引起的“穿梭效应”。隔膜作为锂硫电池的关键内层组件,处在正极和负极之间,是抑制多硫化物穿梭的重要屏障,然而目前市场上商用的聚烯烃类隔膜存在较大的孔径,多硫化物容易从中穿过,而且这类隔膜也不具备捕捉多硫化物的能力,因此需要设计具有抑制多硫化物穿梭的功能性隔膜来提升锂硫电池的综合性能。本工作根据多硫化物与隔膜涂层之间的相互作用,将抑制多硫化物穿梭的方法进一步分为物理限制和化学限制,主要介绍了聚丙烯基以及新型纤维素基两类隔膜的研究进展,最后对具有抑制多硫化物穿梭功能的锂硫电池隔膜未来的发展方向进行了展望。

摘要：提出了一种考虑周期性约束的功能梯度结构稳态热传导拓扑优化设计方法。建立了基于变密度理论的固体各向同性微结构惩罚(SIMP)模型的周期性功能梯度拓扑优化模型。以整体结构散热弱度最小化为目标函数、体积分数为约束条件进行宏观拓扑优化,提取了最优构型中各预设梯度层的体积分数;通过重新分配单元散热弱度,实现了梯度层周期性约束设置。借助基于偏微分方程的灵敏度过滤方法消除数值不稳定问题,并采用移动渐近线法对设计变量进行了迭代更新。通过2D和3D数值算例分析了全局周期以及周期性分层梯度设置下,不同离散单元和子区域个数对宏观结构和微观构型的影响规律。研究结果表明:所提方法能够实现周期性约束下功能梯度结构的拓扑优化设计,不同子区域个数条件下均能获得清晰的周期性功能梯度结构且所获得的结构具有良好的散热性能。

摘要：本文中基于变密度法,建立了具有可靠性约束的连续体结构拓扑优化模型,以结构设计区域体积最小化为目标函数,对某一汽车的悬架控制臂进行带解耦格式的可靠性拓扑优化。首先,根据一次可靠度法中可靠性指标的几何意义寻求满足目标可靠性指标约束的设计点;然后,依据随机变量的灵敏度信息将随机变量修正为确定性变量;最后,将问题分解为可靠性分析和等价的确定性拓扑优化两个独立子问题,进行确定性可靠性拓扑优化,并以某一汽车的悬架控制臂为例,验证了所提算法的有效性。结果表明:与确定性拓扑优化相比,带解耦格式的可靠性拓扑优化可获得更加可靠的拓扑优化构型,可最大限度地满足经济性和安全性的设计要求。

摘要：永磁活塞机械电力发动机是一种新型动力装置,能协同实现机械能和电能耦合输出,满足多元动力需求。电动力结构的合理构型是提高电能转化效率的重要保证,以提高输出电流与减小定子损耗为目标,动子永磁体和定子槽的结构尺寸参量为设计变量,搭建电动力结构的设计优化模型。利用ISIGHT软件集成Maxwell软件对其动子和定子进行了优化分析,并对优化后的样机进行有限元分析。优化后输出电流有效值为2.1 A,提高了31.3%,定子损耗有效值为0.56 W,降低了21.2%,性能均符合设计要求。

摘要：针对机电液耦合器流固耦合分析对结构设计和后续材料选取的重要性,本文分析了机电液耦合器的结构和工作原理,建立了流固耦合数学模型,形成机电液耦合器的单向流固耦合分析方法。在Workbench中的Design Modeler提取斜盘式柱塞泵的流体域,通过Fluent软件进行瞬态和稳态流场仿真分析,并利用Static Structural对结构进行单向流固耦合仿真分析。仿真结果表明,在额定工况下,求解得到斜盘式柱塞泵最大变形为0.04309 mm,最大等效应力为247.75 MPa,说明流体动力各部件的总变形和等效应力满足要求,配流盘处的应力较大,安全系数有待提高。该研究为结构设计提供了参考,具有一定的研究价值。

摘要：为了兼顾纯电驱动和混合驱动的优点,本文主要对基于田口法的机电液耦合器永磁体分布进行优化,研究了一种将电驱动系统和液压驱动系统高度集成的机电液耦合器。针对机电液耦合器参数众多且互相耦合的特点,参照内置式永磁同步电机的优化设计方法,提出了基于田口法的机电液耦合器内置式永磁体分布多目标优化设计方法,分析了永磁体转子的布置形式和永磁体宽度、厚度对机电液耦合器输出电磁转矩的大小及其工作稳定性的影响,根据影响的权重大小,选定其中最合理的参数组合方案进行计算并完成验证。验证结果表明,相较于未优化模型,采用田口法优化后的机电液耦合器,输出的电磁转矩提高了9.78%,永磁体的利用率提高了28.86%,齿槽转矩降低89.68%,纹波转矩降低45.4%。说明优化后的机电液耦合器电磁性能输出转矩更大,转矩波动更小,优化方法效果显著。该研究具有一定的理论研究和实际应用价值。

摘要：针对车辆行驶安全的前提下结构的轻量化设计问题,本文以某公司城市客车为研究对象,利用Solidworks软件简化模型,进行参数化设置,并导入Workbench中进行正面碰撞仿真,得到优化前车架变形量。选取车架7个横梁结构尺寸作为优化变量,以车架质量最小作为优化目标,以最大应变作为约束,结合Kriging近似模型和NSGAⅡ算法,对车架进行多目标优化,得到Pareto前沿解集,从中选取最优解验证其车架的轻量化效果。研究结果表明,客车车架质量减轻了8‰,碰撞产生的变形满足碰撞要求,优化效果较好。该研究具有一定的实际应用价值。