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轴对称波导及波导不连续性的高效有限元分析
摘要: 采用旋转体法与有限元法的组合,对涉及角向场变化的波导及波导不连续性进行全波分析。该方法效率极高且比解析技术灵活得多。该分析通过两种不同情形实现:利用广义阻抗矩阵确定单段波导的散射参数,以及采用无源周期性边界条件。为验证这两种方法的有效性和高效性,分析了若干轴对称结构实例,并将所得结果与商业软件计算结果及文献数据进行对比。
关键词: 广义阻抗矩阵(GIM)、周期性边界条件(PBCs)、色散图、超材料、圆柱形波导、有限元法(FEM)
更新于2025-09-12 10:27:22
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采用Nd3?:YAG/Cr??:YAG/YAG复合晶体与耦合腔的1176 nm被动调Q拉曼激光器研究
摘要: 为降低热透镜效应并提高效率,我们在被动调Q的YVO4基拉曼激光系统中采用了Nd3+:YAG/Cr4+:YAG/YAG复合晶体和耦合腔结构。模拟与实验结果表明:将未掺杂YAG晶体键合在Cr4+:YAG晶体端面能加速其热传导,显著减小晶体侧面与中心区域的温差;耦合腔结构可改善激光性能,尤其在高压泵浦时效果更明显。系统最终获得1176 nm波长0.92 W的最大拉曼激光输出功率,对应光光转换效率为11.51%,重复频率53.5 kHz,脉冲宽度3.22 ns。
关键词: 复合晶体,被动调Q,温度场,耦合腔,拉曼,有限元法
更新于2025-09-12 10:27:22
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多次激光冲击对涡轮叶片薄前缘的影响
摘要: 激光冲击强化是一种用于提高关键部件疲劳寿命的机械表面改性工艺。本文通过研究多次方形激光冲击的影响,探讨其对涡轮叶片薄前缘表面多种力学行为的特殊效应。现有文献大多为实验研究,本研究的创新点在于对所提模型进行验证与数值模拟。具体而言,采用ABAQUS软件对钛合金Ti-6Al-4V涡轮叶片薄前缘试样进行了三维有限元数值模拟,详细分析了多次方形激光冲击诱导的机械表面改性效果(残余应力、等效塑性应变及Johnson-Cook表面损伤)。本研究主要目的是确定单面与双面激光冲击强化的作用效果。
关键词: 涡轮叶片,薄前缘,Ti-6Al-4V钛合金,多道方形激光冲击,有限元法,等效塑性应变,激光冲击强化,Johnson-Cook表层损伤模型,残余压应力
更新于2025-09-12 10:27:22
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电弧辅助激光焊接-钎焊铝/钢对接接头的残余应力与焊接变形
摘要: 采用热弹塑性有限元法(FEM)模拟铝/钢钨极惰性气体?;ず福═IG)电弧辅助激光焊接钎焊(A-LWB)对接接头的力学热行为。研究了材料非线性、几何非线性和加工硬化对焊接过程的影响,并分析了A-LWB与单一激光焊接钎焊(SLWB)在焊接温度场、残余应力和焊接变形方面的差异。结果表明:数值模拟获得的热循环、残余应力分布和焊接变形与实验实测数据吻合良好,验证了有限元法的有效性。与SLWB相比,A-LWB能使焊缝高温分布区在宽度方向更宽,降低焊缝横向拉应力并减小纵向拉应力分布范围,焊接变形也有一定程度降低。
关键词: 电弧辅助激光焊接-钎焊(A-LWB)、残余应力、焊接变形、铝/钢、温度场、有限元法(FEM)
更新于2025-09-12 10:27:22
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用于亚毫米波和毫米波偏振探测的悬浮冷却硅测辐射热计的机械建模与特性表征
摘要: 用于空间和天文应用的硅测辐射热计采用标准CMOS-SOI技术制造,目前已成功作为工作在极低温度(通常为0.05-0.1K范围)的低温探测器使用。这些器件具有卓越的电磁吸收能力、高温度灵敏度和低噪声特性。然而,悬空硅测辐射热计的机械行为取决于制造工艺参数,要更好地控制其形变就必须深入理解这些机制。本研究制备了用于毫米波(mm-wave)偏振探测的1200μm和500μm间距硅测辐射热计像素,并在室温和低温环境下研究了其机械行为。 首先基于不同杨氏模量(Ei)和厚度(hi)的多层悬臂测试结构在室温下的模拟与实验形变数据,建立了机械模型。将实际多层悬空结构等效为具有有效杨氏模量(Eeff)、有效厚度(heff)和残余应力(σ0, σ1)的复合层。残余应力值为正值,对应制备多层堆叠中的拉应力。讨论了a-Si钝化层厚度对总应力的影响。该等效模型用于全像素结构模拟,其结果与室温下偏转的光学测量高度吻合。 在低温环境下机械形变难以测量,因此假设缺陷产生的拉残余应力与温度无关,对500μm像素在0.1K温度下的机械行为进行了模拟,获得了良好的机械稳定性。针对该500μm像素的光学性能模拟表明:当光学负载为6×10?1?W时,机械形变导致0.1K温度下的噪声等效功率(NEP)从1.59×10?1?W/Hz1?2恶化至1.05×10?1?W/Hz1?2。
关键词: 多层机械模型,悬臂梁,掺杂硅,有限元法,测辐射热计
更新于2025-09-11 14:15:04
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[2019年IEEE第二届电子信息与通信技术国际会议(ICEICT) - 中国哈尔滨 (2019.1.20-2019.1.22)] 2019 IEEE第二届电子信息与通信技术国际会议(ICEICT) - 有限元计算中产生指定方向波的波导端口激励方法
摘要: 提出了有限元法激励指定方向波的计算公式?;诙邢拊ǎ紫然竦玫绯『痛懦〉哪L?。同时给出了电电流源和磁电流源的等效源,确保得到所需的单一方向波。计算结果验证了公式和方法的正确性。
关键词: 波导端口激励、电与磁流源、有限元法
更新于2025-09-11 14:15:04
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玻璃激光切割过程中裂纹扩展与应力分析的实时观测
摘要: 采用连续波激光切割玻璃因其加工速度快且微裂纹产生极少而备受关注。在玻璃激光切割过程中,热应力会导致裂纹形成并使玻璃板开裂。本研究实时观测了玻璃激光切割时的裂纹扩展过程,发现裂纹尖端与激光照射位置之间的距离为150微米。此外,我们探究了该距离对应力分布及裂纹扩展所需应力条件的影响。结果表明:随着裂纹尖端与激光照射位置间距增大,裂纹尖端的最大主应力随之升高。当裂纹尖端最大拉应力达到99兆帕时即发生裂纹扩展。这些发现有望实现对玻璃激光切割过程中裂纹扩展的控制,并推算出适宜的加工参数。
关键词: 激光、玻璃、切割、有限元法、裂纹
更新于2025-09-11 14:15:04
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优化垂直腔面发射激光器阵列的排布以改善热特性
摘要: 提出了一种优化垂直腔面发射激光器(VCSEL)阵列排布以提高其热特性的方法。该方法基于最小势能原理,通过自组织算法实现?;谟邢拊ǘ訴CSEL结构进行自洽热电模拟,获得了未优化与优化阵列有源区的热学和电学特性。从理论与实验两方面研究了未优化与优化4×4方形VCSEL阵列的输出特性。结果表明,优化后的阵列热特性得到改善。
关键词: 垂直腔面发射激光器阵列、优化方法、热特性、自组织算法、有限元法
更新于2025-09-11 14:15:04
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Inconel 718激光选区熔化的高效热有限元建模
摘要: 在粉末床熔融工艺中,精确预测零件的瞬态温度场对计算后续热应力演变和微观组织演化至关重要。由于温度场受多种工艺参数控制,实验方法既耗时又昂贵。数值传热模型可用于估算任意时间点的温度场,但传统数值模拟方案因计算成本极高而不适用于分层制造工艺——其计算成本主要取决于单元数量和时间步长。本研究基于开源有限元库提出一种新型高效零件级仿真方案,该方案能自适应细化/粗化网格,并通过多处理器并行求解有限元方程。其中开发的新型网格策略可在保持求解精度的同时减少单元数量。根据模拟域规模和处理器数量,该方案仿真速度较传统方案提升12至18倍。将模拟结果与Inconel 718构件实验数据对比表明:模拟测试点与实验对应点经历了相同的热循环过程。该仿真方案还可用于优化扫描路径、扫描速度和层厚等工艺参数,并能轻松扩展至其他增材制造工艺。
关键词: 选择性激光熔化、有限元法、MPI、传热、自适应网格
更新于2025-09-11 14:15:04
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基于有限元仿真分析的三维激光测量装配间隙评估
摘要: 本研究基于小沙河中桥,评估了混凝土箱梁温度场分布特性,并通过试验与有限元模型(FEM)分析确定了严寒地区温度的影响?;诖壤砺劢⒘丝悸俏露瘸〉幕炷料淞河邢拊P鸵匝橹て渥既沸?,同时开展了腹板沿程竖向温度分布及温度梯度计算,评估了底板沿厚度方向的分布规律及寒潮导致的温降效应。结果表明现行规范指南具有适用性,并计算了温度荷载最不利工况的影响。研究发现严寒地区箱梁截面温度场分布与现行规范存在显著差异:顶板温差不明显而底板温差较大;腹板在日照时温度高于顶板,降温时则相反;温度效应计算结果较现行规范竖向温度梯度法更为显著,温度荷载产生的拉应力可能引发裂缝。因此,在严寒地区西北部进行混凝土箱梁计算时,应充分重视热效应损伤问题。
关键词: 混凝土箱梁、温度效应、温度场分布、有限元法、严寒地区、桥梁工程
更新于2025-09-11 14:15:04