【摘 要】
：
兼具功能和结构双重属性的多孔结构,因拥有优异的综合性能而在机械、能源、化工、医学、建筑、电子、航空航天等诸多领域具有广泛的应用。多孔结构的孔隙是影响其功能的主要因素,所以,对于孔隙形状及分布的控制成为多孔结构设计的主要内容。本课题以多孔结构的“功能―属性―结构―工艺”设计模式为主线,以多孔结构参数之间的映射关系为理论基础,以点阵型和曲面型两种结构类型为研究对象,分别以立方体和六面体网格为单元体进行
【基金项目】
：
国家自然科学基金项目“基于周期曲面的三维连通孔隙结构宏细协同特征设计方法研究”（项目编号:51775192）; 广东省自然科学基金重点项目“三维连通孔隙结构的宏细协同主动设计与新型热质输运功能结构开发”（项目编号:2018B030311032）
论文部分内容阅读
兼具功能和结构双重属性的多孔结构,因拥有优异的综合性能而在机械、能源、化工、医学、建筑、电子、航空航天等诸多领域具有广泛的应用。多孔结构的孔隙是影响其功能的主要因素,所以,对于孔隙形状及分布的控制成为多孔结构设计的主要内容。本课题以多孔结构的“功能―属性―结构―工艺”设计模式为主线,以多孔结构参数之间的映射关系为理论基础,以点阵型和曲面型两种结构类型为研究对象,分别以立方体和六面体网格为单元体进行多孔结构参数化建模研究,提出按照功能指标确定结构参数的主动设计方法,并强化多孔结构设计的精确性和可控性。本文的主要研究工作包括:（1）结合点阵结构和开孔泡沫结构的设计特点,提出一种基于Voronoi划分的均匀点阵单元体的参数化建模方法。分析规则点阵单元体并确定其结构设计参数,从而建立孔隙表征参数与结构设计参数之间的映射关系模型;通过Voronoi划分生成种子点均匀分布的点阵单元体,并建立均匀点阵单元体的参数映射关系模型。均匀点阵单元体的参数化建模方法,具有孔隙分布全局可控且局部均匀的性质,为面向具体应用的定制孔隙多孔结构的设计提供理论和技术基础。（2）针对在复杂几何外形内生成与几何外形关联的点阵多孔结构的问题,提出基于六面体网格的点阵多孔结构参数化建模方法。将均匀点阵单元体与六面体网格相结合的方法,不仅能生成孔隙均匀分布和孔隙梯度分布的点阵多孔结构,还能在复杂几何外形内设计出孔隙参数可控的点阵多孔结构,这为给定设计空间的定制多孔结构设计提供了新的途径。（3）针对点阵单元体间孔隙表面的光滑过渡问题,将TPMS（Triply periodic minimal surface）曲面作为单元胞,提出基于TPMS的曲面多孔结构参数化建模方法。建立四种常用TPMS曲面单元胞的参数映射关系模型,并将TPMS曲面单元胞与六面体网格相结合,在复杂几何外形内生成孔隙特征可控的曲面多孔结构。鉴于嵌套式结构能极大提高孔隙率和比表面积的优点,提出以厚度为参数的嵌套式TPMS曲面多孔结构的设计方法。本文还采用Micro-CT技术分析曲面多孔结构的3D打印实物与设计模型之间的差异。（4）为了验证多孔结构的“功能→工艺”设计模式,本文结合具体应用进行多孔结构主动设计的参数化建模案例研究。提出了单参数控制法和多参数控制法两种多孔结构参数化设计方法;以骨植入体点阵多孔结构的等效弹性模量为功能参数,建立该参数与孔隙属性参数和结构设计参数之间的映射关系,从而实现“功能→结构”的主动设计过程;结合催化剂载体对于高孔隙率和大比表面积的要求,以多参数控制法设计TPMS曲面多孔结构,采用SLM增材制造技术制备样件,并通过甲醇蒸汽重整制氢实验验证这种“新结构+新工艺”的多孔催化剂载体具有较好的性能。
其他文献
对特定刺激响应并释放活性药物的递送体系的设计和构建是疾病治疗的一种有效策略。炎性疾病（inflammatory diseases）涵盖了大量的具有发炎体征的疾病,主要是由于免疫系统攻击健康的机体组织而造成的。本研究工作以双硒醚键为基本架构,设计和合成了两种新型纳米药物体系。这些药物递送系统能够响应炎症微环境的刺激而释放出活性药物,实现了对两种炎症疾病（高尿酸血症和类风湿性关节炎）的治疗。本研究工作
近年来,拓扑材料以其新颖的物理性质引起了人们的广泛关注,由于具有良好的拓扑稳定性,在电子器件中具有潜在的应用前景。最开始的时候,人们对绝缘体（或半导体）的拓扑分类进行了大量的研究,例如量子霍尔效应中的拓扑量子态,这是超脱著名的朗道理论框架的新的分类机制。这种分类是鼓舞人心的,因为多年来自发对称破缺的框架已经成功地用于凝聚态的量子态分类。在对量子霍尔效应研究的基础上,人们提出了拓扑绝缘体作为第一类本
水下焊接在海洋工程、核电核岛以及水利工程等的水下结构物连接和在役维护中发挥着关键性的作用。局部干法水下MIG焊接（Local Dry Underwater Metal Inert-gas Welding,LDUW-MIG）采用小型排水装置将待焊局部区域的水排干并进行焊接,不仅集成了湿法操作简单、成本低的优点,同时又具备干法对电弧保护的效果,是一种非常有前景的水下结构物的焊接方法。然而,水的导热系数
作为一种难降解持久性有机化合物,双氯芬酸（Diclofenac,DCF）在水体中的残留对人体健康和水环境安全构成潜在威胁,近年来倍受关注,需要研发高效降解技术消减水中DCF。由于DCF降解的关键问题是脱氯与深度矿化,为此,本论文以DCF为目标污染物,提出了利用生物电化学系统（Bioelectrochemical system,BES）阳极还原DCF和阴极深度矿化其脱氯产物的技术策略,制备了Ru/F
中、高体积分数的Si C颗粒增强铝基复合材料具有尺寸稳定性好、高比强度、高比刚度和耐磨等特性,在国防装备、航天航空及精密仪器等领域应用广泛。但由于Si C颗粒与铝基体的化学和物理性质差异大,造成此类复合材料的界面结合弱、塑性低和加工难等问题。合理地选择增强体并获得理想的界面结合是提升复合材料综合性能的重要途径。高熵合金（High-entopy alloys,HEA）因其优异的力学性能,且能与金属基
金属卤化物钙钛矿具有较大的光吸收系数、较高的荧光量子效率、可调的能带宽度、较长的载流子扩散距离等优秀的光电性能。近10年以来,金属卤化物钙钛矿材料在太阳能电池、显示、光电探测、激光等光电领域展现出突出的应用价值。钙钛矿量子点具有量子限域效应和独特的激子精细结构,能够实现比其块体材料更优异的光学性能。但是,比表面积更大的钙钛矿量子点更容易受到高温、强光、潮湿、氧气等外界环境的影响,其晶体结构会受到破
骨是一种具有复杂分级结构的天然生物复合材料,表现出优异的力学性能,兼具强度和韧性。骨分级结构和优异力学性能之间的关系仍然是重要的课题,相关的研究能够为治疗骨疾病和开发高性能仿生复合材料提供重要的理论依据。骨分级结构在不同空间尺度和时间尺度上表现出的塑性形变和增韧机理,仍然缺乏系统性的、深入的研究。本研究通过设计的新型原位力学测试平台,主要围绕探究骨结构和力学功能之间的关系,为不同尺度上的骨结构与形
技能型社会是大众通过技能媒介建立联系并主动开展技能学习、使用、传播等一系列行为的社会常态。国家重视技能、社会崇尚技能、人人学习技能、人人拥有技能是技能型社会的基本构成要素，四部分环环相扣、互为补充，发挥技能型社会建设的协同效应。作为职业教育长期发展的历史必然和顺应发展的全新命题，技能型社会同职业教育具有天然耦合性，它既是凸显职业教育类型定位的综合体现，也是凝聚职教战线合力的重要抓手。构建技能型社会
酶作为天然生物催化剂,具有高催化效率、高选择性和生理毒性低等优势,在制药、食品、精细化学品合成及环境检测等领域有着广阔的应用前景。然而,工业酶的应用往往由于其本身脆弱的性质,如操作性差、耐热、耐有机溶剂性能差以及存储稳定性差受到严重的限制。为克服这些问题,通常将酶固定于生物相容性较好的多孔固体材料。金属有机框架材料（Metal-Organic Frameworks）是一种由无机金属离子与有机配体通
由强降雨引起的大直径复合支柱绝缘子闪络严重威胁着超/特高压直流工程的安全稳定运行。目前,国内外针对大直径复合支柱绝缘子在淋雨条件下闪络特性的相关研究较少,对于与放电密切相关的伞檐雨滴形变研究尚属空白,对绝缘子伞檐雨滴形变规律及其影响放电作用机制、以及各种因素对闪络电压的影响规律等认识还不完善,强降雨地区大直径复合支柱绝缘子的伞裙结构参数仍有较大的优化空间。本文依托特高压工程技术（昆明）国家工程实验