“以古论今”同济大学连发两篇顶刊，思路极具创新性！

近日同济大学捷报频传，在不同的领域都实现了新的研究突破，并发文顶刊。先是韩璐团队和杨伟东团队通过孪晶的结构设计方法实现三周期极小曲面结构的压缩力学行为调控，相关成果发表于《增材制造》；再是翦知湣教授团队发现热带海洋变暖对东亚季风气候具有强化作用，研究成果发表于《自然》。

   韩璐教授课题组和航空航天与力学学院杨伟东课题组提出的一种通过引入晶体孪晶设计来控制应力传递路径的策略,为结构的设计与保护提供了一种新思路。

    翦知湣教授团队首次从能量学角度阐释了低纬海洋过程在气候演变中的驱动作用，为解答海-陆水热循环联系提供了最新见解。

    两组团队都为所在领域贡献出了创新性研究成果，同时，也引发了国内外该领域的重点关注。让我们一起来了解一下相关内容。

韩璐团队和杨伟东团队

三周期极小曲面结构是一种具有高比强度、高能量吸收和独特分层变形机制的优良机械材料，在航空、汽车、医疗设备和基础设施等领域具有重要应用。

化学科学与工程学院韩璐教授课题组和航空航天与力学学院杨伟东课题组提出了一种通过引入晶体孪晶设计来控制应力传递路径的策略，将微观晶体结构应用到宏观力学材料设计中，实现了三周期极小曲面结构的变形行为可编程，为结构的设计与保护提供了一种新思路。相关研究成果“Mechanical behaviors regulation of triply periodic minimal surface structures with crystal twinning”在线发表于《增材制造》（Additive Manufacturing）。

晶体孪晶是一种常见的晶体缺陷形式，它由两个或多个相邻的彼此间具有外延取向的相同结构片段组成，在各种生物和合成系统中都有发现。受微观晶体缺陷的启发，研究团队构建了陀螺（Gyroid）和金刚石（Diamond）的孪晶结构，包括不同位置的单个和多个孪晶相关结构，并从多个方向进行了压缩力学测试。结构的承载能力和压缩变形机制的调整和改善取决于结构几何之间的荷载传递。在孪晶边界附近，由于孪晶边界处曲率的变化，原有的应力传递路径被阻断，而新获得的结构的对称性促使力在对称方向上被分为相等的分量，使结构表现出相对孪晶边界对称的变形剪切带，有效避免了应力集中的斜剪切带，从而保护结构免于破坏性坍塌。同时，由于孪晶边界的平滑连接，在边界处只存在很小的高斯曲率波动，很好地保留了结构的负高斯曲率曲面的特征，因此，孪晶对结构的应力-应变行为没有太大的影响。此外，在结构中引入不同数量的孪晶边界以及应用不同的载荷施加方向能得到更多不同的变形行为，有限元模拟得到的结果与实验结果十分吻合。该方法的优点是在保持结构力学性能的基础上，改善了变形机理，消除了应力集中，有效增强了结构在压缩荷载作用下的完整性，在建筑物定向爆破、人体保护装置、柔性电子等方面将具有广阔的应用前景。

翦知湣教授团队

北京时间10月20日零点，国际顶级学术期刊《自然》（Nature）在线发表了同济大学海洋地质国家重点实验室翦知湣教授团队的最新科研成果，论文题为“Warm pool ocean heat content regulates ocean-continent moisture transport”（“暖池区海洋热含量调控海洋-陆地之间的水汽传输”）。这项研究发现热带海洋变暖对东亚季风气候具有强化作用，首次从能量学角度阐释了低纬海洋过程在气候演变中的驱动作用，为解答海-陆水热循环联系提供了最新见解。

翦知湣教授团队首次利用暖池区10个深海沉积岩芯中的浮游有孔虫微体化石，重建了过去36万年以来上层海水（0至200米）热含量的变化，发现暖池热含量的重建记录与地球气候系统数值模式瞬变模拟的热含量曲线变化形态和幅度非常一致。团队还重建了暖池区表层海水的剩余氧同位素，其结果与暖池热含量变化一致，两者在岁差周期上均与中国石笋记录的大气降雨氧同位素呈同步变化：即暖池热含量增大，对应海水剩余氧同位素变重、而石笋氧同位素变轻（图2和3）。

图2：暖池热含量、以及海-陆间氧同位素“跷跷板”的重建（彩色线）和模拟（黑色线）

此研究综合利用现代观测、古环境替代指标、以及海气耦合模式和水同位素数值模式的瞬变模拟（图3），从暖池区上层海洋热含量（而非表层海水温度）的角度探索水汽潜热传输，通过海陆之间的水同位素梯度来衡量全球季风水循环强度，不仅拓展了古海洋与古气候的能量学研究新领域，也可为现代和未来气候变化提供“以古论今”的新思路。

图3：海-陆间水循环的氧同位素分馏示意图及数值模拟结果

翦知湣教授表示：“这说明在万年尺度的天文周期上，暖池的热量变化可以调控太平洋与亚洲大陆之间的水汽传输。当暖池热量增加，热带海表蒸发增强、水汽汇聚，并以季风和台风的形式向相邻陆地传输，导致东亚降雨增加。”这一科学发现也是团队多年来关于西太平洋暖池次表层海水古海洋学研究的升华。

以上信息来源：同济大学官网

论文链接：

https://doi.org/10.1016/j.addma.2022.103036

论文链接：

https://www.nature.com/articles/s41586-022-05302-y

转自：“易美云学术”微信公众号

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