纤维复合媒质中的超声衰减

为了精确估计纤维复合煤质中散射所引起的超声衰减，必须计及纤维之间的多次散射现象本文提出了纤维复合煤质中任一点有效入射声场的计算方法当超声纵波传播方向与纤维轴线相垂直时，散射横波并不影响有效入射声场；导出了考虑多次散射后超声衰减系数的表达式；数值计算了玻璃／金属铝复合媒质中纵波衰减系数随频率的变化关系 关键词：     

微粗糙硬铝表面双向反射特性实验研究

本文基于四波段双向反射分布函数测试平台,对微粗糙硬铝表面的光谱双向反射分布函数进行了实验测量,考察了微粗糙尺寸参数、入射角度和入射辐射波长对表面辐射特性的影响。测量结果显示了明显的镜反射特征,粗糙的表面结构还引起了后向反射增强现象,长波入射和大角度入射增强后向反射效应。     

原棉异纤维检测系统照明光源光照度分布研究

在基于机器视觉的原棉异纤维检测系统中,选择能满足检测系统的光源和照明方案是提高系统检测率和检出率的关键,使检测对象尽可能多地显现出特征信息。选用单芯片InGaN(蓝)/YAG荧光粉型白光LED作为照明光源,采用理论计算和非成像光学设计的方法对LED阵列的光照度分布进行了研究,并根据原棉异纤维检测系统对光源光照度的具体要求,设计出了LED正方形阵列和三角形阵列两种排列方式,并利用TracePro软件对两种阵列形式进行仿真。通过比较两种阵列形式光照度分布的结果,最终选用高光照度且均匀性好的LED三角形阵列作为原棉异纤维检测系统的照明光源,满足了机器视觉成像的要求。     

基于表面生成法的粗糙基底上半透明涂层的光散射特性

针对光在半透明涂层和粗糙基底构成的两层粗糙面的散射过程,采用表面生成法,考虑入射遮蔽以及多次散射效应,构建表面散射的蒙特卡罗模型,得到粗糙基底上半透明涂层的反射光的能量分布,研究涂层厚度、表面粗糙度、入射光波长等对双向反射分布函数(Bidirectional Reflectance Distribution Function,BRDF)的影响.结果表明,BRDF受表面的粗糙程度影响较大,其峰值随表面均方根斜率的增加线性递减;半透明涂层厚度影响BRDF峰值的大小,厚度为十分之一波长时,BRDF达最小值;近红外光入射时镜反射方向附近BRDF的局部分布曲线相对于可见光入射时有展宽趋势,且方向半球反射率相对于可见光入射时更大.     

吸收-透射界面下正弦折射率介质内辐射换热

对具有吸收-透射性边界面的梯度折射率半透明介质层,建立了介质内热辐射传递与边界面辐射换热的数理模型,并采用数值弯曲光线跟踪法求解介质内的热辐射传递。通过数值模拟,分析了正弦折射率下,边界面的反射特性、吸收率以及介质层光学厚度对介质内热辐射平衡温度场及热流分布的影响。结果表明,边界面的反射特性与吸收率对介质内辐射换热均有重要影响,吸收率的影响与边界面反射特性、介质层光学厚度及环境条件相关,呈现特征不同的作用。     

周期性微结构硅基表面辐射特性数值研究

本文通过时域有限差分法求解 M-well 方程组,分析微结构表面与入射辐射间的相互作用,结合近场 - 远场辐射转换模型,获得了尺寸、温度和入射波长等参数对表面双向反射分布函数的影响规律,研究结果为热辐射的光谱和方向调控技术提供了数值基础.     

入射能量对Au/Au(111)薄膜生长影响的分子动力学模拟

利用分子动力学模拟了Au原子在Au(111)表面低能沉积的动力学过程.采用嵌入原子方法的原子间相互作用势,通过对沉积层原子结构的分析和薄膜表面粗糙度、层覆盖率的计算,研究了沉积粒子能量对薄膜质量的影响及其机制.结果表明:当入射能量Ein25 eV时,沉积层和基体表层均呈现规则的单晶面心立方(111)表面的排列,沉积原子仅注入到基体最表面两层,随着入射能量的增加,薄膜表面粗糙度降低,薄膜越趋于层状生长,入射能量的增加有利于薄膜的成核和致密化;当Ein 25 eV时,沉积层表面原子结构出现了较为明显的晶界,沉积原子注入到基体表面第三层及以下,随着入射能量的增加,薄膜表面粗糙度增加,沉积层和基体表层原子排列越不规则,载能沉积会降低基体内部的稳定性,导致基体和薄膜内部缺陷的产生,降低薄膜质量.此外,当基体内部某层沉积原子数约等于该层总原子数的一半时,沉积原子将能穿过该层进入到基体内部更深层.     

表面上方微粒及微粗糙度偏振光散射特性

为了区分由表面上方微粒和表面微粗糙度两种散射机理引起的散射光,利用偏振双向反射分布函数,并借助于由,■,■组成的正交右手基组表示了入射电场和散射电场。从理论上给出了两种不同散射机理在不同偏振状态下的双向反射分布函数与入射面外方位角之间的变化关系,并通过对这两种散射机理下的偏振双向反射分布函数的比较发现,利用p偏振入射产生的p偏振散射光(BRDFpp)可以将表面上方微粒和表面微粗糙度两种散射机理区分开来。     

一层非球形粒子散射的标量辐射传输迭代解的求逆

给出了一层有下垫反射面的非球形粒子散射的标量辐射传输方程一、二阶迭代解,推导了相函数各阶Legendre展开系数与随机小椭球粒子相函数的对应关系,提出了一层随机小椭球粒子介电常数和单位面积粒子数的迭代反演方法.通过两次各方位角上双站散射测量,反演随机小椭球粒子的介电常数和单位面积粒子数.本方法比现有文献的一些反演方法易于实现,可应用于颗粒性复合材料介电与结构特性以及地表背景参数的反演研究 关键词： 辐射传输方程 迭代解 反演 相函数 介电常数     

纤维增强复合媒质中的超声散射

为了用超声方法评价纤维增强复合媒质中纤维／母材的界面特性，本文建立了三层柱状固体媒质声散射截面积和纤维增强复合媒质中声衰减的计算方法。当纤维／母材界面层厚度与波长相比很小时，用两个劲度常数描述纤维与母材之间力学量的边界条件，得到了计算纤维增强媒质中声衰减的简化模型。本文还从数值上计算了纤维／铝复合媒质中超声纵波衰减与界面特性、超声频率的关系。     

同心旋转圆柱间隙流场中纤维取向的动态模拟

本文对两同心旋转圆柱间隙形成的流场以及处于流场中的纤维运动和取向进行了数值研究. 在贴体坐标网格下求解了流场控制方程, 得到了流场中的速度、压力等物理量. 研究了两同心圆柱同速反向旋转以及仅内层圆柱旋转这两种情况下的纤维运动和取向状态. 得到了处于这两种情况下的纤维在流场中从静止到开始运动和取向直至最终达到稳定状态的动态详细过程. 结果表明, 当两个圆柱同速反向旋转时, 纤维运动与取向也相应的呈现两层结构; 而仅内圆柱旋转时, 纤维运动与取向呈单层结构. 在两种情况下, 纤维均沿流线方向运动和取向. 讨论了纤维长径比对纤维取向的影响, 结果表明随着纤维长径比的增加, 纤维沿流线取向的取向度逐渐增强.     

二氧化硅粉尘对有形激光的反射和透射特性研究

利用蒙特卡罗方法研究了二氧化硅粉尘层对无限窄准直光束的反射和透射特性,根据Mie理论计算了单次散射相函数,并利用其对光子散射方向进行了抽样,分析了消光系数和粒子尺寸对粉尘层反射和透射特性的影响,对于浓度较大的粉尘层,激光在传输过程中,其光斑的大小和形状将对散射特性产生影响,将无限窄准直光束入射情况下的散射函数作为脉冲响应,与有形激光光束进行卷积,得到有形激光束入射情况下的多次散射特性,研究了高斯形和圆盘形两种激光光束入射时,光斑形状和大小对散射特性的影响。     

相干散射的非吸收粒子辐射计算搭接

针对非吸收性光学厚纤维材料中光谱辐射传输,考虑高密度粒子分布下粒子间相互干扰对光谱辐射传输计算域搭接过程的影响,建立了光谱辐射整体传输计算的搭接模型。采用时域有限差分(FDTD)计算得到单个非吸收性纤维粒子的辐射性质为基础参数,基于数值仿真分析了2～5μm波长下材料厚度、纤维粒子间隔、排列方式对材料宏观透过率的影响。通过比较不同搭接域的计算结果与真实值的差异,发现非吸收纤维对光谱辐射的反射集中在材料入射面附近区域,并且搭接模型对错序排列的纤维材料适用性更好。     

第一性原理研究Al-Cu-Li合金中T1相的腐蚀机理

利用密度泛函理论的第一性原理,讨论Al-Cu-Li合金中主要析出相T1相(Al6Cu4Li3)的表面性质,计算不同终结面的表面能和表面电子功函数,并探讨应力作用和常见合金元素对Al/T1界面的影响.结果表明:T1相的表面能与表面的原子排列有关,不同的表面通过应变释放重构,进而获得不同的表面能.表面电子功函数则与表面原子种类有关,由于Li的电负性最小,含Li原子的表面通常有较低的电子功函数,进而降低材料的耐蚀性.此外,在应力作用下,T1相一些表面的电子功函数变化与纯金属是相反的.压应力下T1相电子功函数降低,材料更加容易被腐蚀;张应力下T1相功函数增加,材料更加耐腐蚀.同时,通过计算Al/T1界面中Ag,Zn和Mg 3种合金元素的替位能,可以发现,这3种元素都有利于降低界面能,且Ag的作用最明显.     

单层表面分析方法──低能离子散射和静态二次离子质谱

固体材料的表面特性,例如电子或离子的表面发射或表面吸收,分子的表面吸附,以及表面化学反应等。取决于材料的表面层。特别是最外原子层的组成和结构.自六十年代末期以来,研究表面组成和结构的方法已获得迅速发展[1].这些方法的信息深度范围一般为1—10个原子层,其中低能离子散射和静态二次离子质谱可用于单层表面分析.这两种方法都是用离子束来探测表面的.和用电子束入射的情形类似,用离子束入射时也能引起四种类型的粒子发射:离子散射和二次离子发射;中性粒子溅射;电子发射和光子发射.这些发射原理已构成多种表面的研究方法,见图1.在这些…     

空间相机常用金属材料表面的BRDF特性

为保证空间相机热设计中表面辐射换热计算准确可靠,基于两种金属材料的光学常数,结合Monte Carlo射线跟踪法应用几何光学近似对其粗糙表面的双向反射分布函数(BRDF)进行了研究。分析了不同入射光波长、不同入射角度及不同表面粗糙度对金属铝和钛材料粗糙表面的BRDF的影响。结果表明,金属铝和钛材料粗糙表面的BRDF分布具有明显的镜反射特征,入射平面内的BRDF峰值随入射光波长增加而增大,在本文研究的波长范围内,钛表面的BRDF随入射光波长增大的增幅最高达到41.0%,远高于铝表面的8.7%。当表面粗糙度较大时,光子在粗糙表面内会经历多次散射,粗糙表面内多次散射光子数比例随着表面粗糙度的增大而增加,并且随着入射角度的增大具有增加的趋势。     

纤维金属层合板的抗爆性能及失效机理

采用爆炸冲击摆锤系统,对玄武岩纤维-铝合金层合板和碳纤维-铝合金层合板进行了爆炸加载实验。实验中通过改变炸药质量获得不同的加载冲量,分析了载荷冲量、结构组合形式以及纤维类型对纤维金属层合板变形/失效模式的影响。实验中观察到分层、基质失效、金属撕裂、塑性大变形等典型的变形失效模式。实验结果表明:随着冲量的增加,纤维金属层合板中铝合金层的塑性变形以及纤维层的损伤区域不断增大;纤维金属层合板相对于单一的金属层合板具有更优异的抗冲击性能。     

驻极体纤维层捕集颗粒过程的LB-DEM模拟

由于同时具备机械捕获和静电吸附两种除尘机制,驻极体滤料具有更高的过滤效率,在微细颗粒物净化中得到越来越广泛的应用。本文利用格子波尔兹曼耦合离散单元法模拟研究了顺排、叉排、随机排列三种纤维排布方式下清洁和含尘驻极体滤料过滤性能的差异。模拟过程中详细考虑了颗粒和纤维间的粘附碰撞过程。研究结果表明,较普通滤料,驻极体滤料对大尺度中性颗粒捕获能力的促进作用更强;随着颗粒在纤维表面的沉积,驻极体滤料和普通滤料对中性颗粒捕集效率的差异逐步趋小。对于布朗扩散为主的细颗粒,均匀排布(顺排和叉排)时滤料捕集效率较随机排布时更大;而对于惯性和拦截效应为主的较大尺度颗粒,叉排排布时滤料捕集效率较顺排和随机排列大。     

纺织纤维光散射特性的模拟与实验

纺织纤维的光散射特性在纺织材料微观结构、光学性质以及无损检测中至关重要。利用纺织纤维各向异性的结构特点改进现有的角谱展开法,得到纺织纤维对倾斜入射平面波的散射以及表征其光散射特性的Mueller矩阵。采用蒙特卡罗算法模拟了平行棉纤维束对倾斜入射偏振光的多次散射,并对其计算结果进行了实验验证。结果表明理论计算和实验测量的散射光斑在形状特征、光强分布上均一致,从而验证了蒙特卡洛方法模拟纺织纤维光散射的正确性。结果同时也表明蒙特卡罗方法在纺织材料光传播特性的理论研究中具有重要的指导意义。     

计算波状表面半透明流体层光谱反射特性的光线分裂跟踪法

提出一种计算具有波状表面的半透明流体层光谱反射特性的光线分裂跟踪法.对平行入射和漫入射光谱分别采用正向和反向跟踪计算,实现了对光线的分裂跟踪.该方法计算思路简捷、速度快、需用内存小,对此类问题的求解有良好的适应性.算例结果表明,表面的波状弯曲降低了流体层对漫入射光谱的反射能力;但对平行入射光谱,呈现出两种相反的影响.