电子帘加速器中阴栅组件结构的数字化设计

 在电子帘加速器的电子枪阴栅组件的结构设计中引入有限元分析法，研究不同材料不同结构的阴栅组件的温度场及其分布，进而得到了优化的结构及热源参数。在以2.35kW电功率加载于直径为１mm的热源钨丝时，在发射体上获得了产生稳定电子束流所需的1 400~1 430℃的均匀温度场，设计结构的热效率达到75%。计算中采用了一种迭代方法，只需4次迭代计算就获得了收敛的计算结果，从而在计算中能够采用各材料准确的热物性参数，使计算过程简洁有效。     

20 cm口径离子推力器力学特性模拟分析

为了提升20 cm离子推力器的抗冲击性能,对现有结构开展了力学分析和试验验证。对栅极组件进行结构等效处理后,采用有限元方法分析了整机的模态和冲击响应谱。分析结果显示,栅极组件结构等效前后的分析结果对比差距8.3%～11.9%;推力器的3个轴向基频分别为246,248,336 Hz,栅极组件和中间极靴是离子推力器的力学薄弱环节并对整体结构稳定性具有重要影响;在冲击载荷1600 g下,栅极组件表面应力主要集中在小孔区边缘处,且形变也主要发生在小孔区;在采取刚度为1000 kN/m的减振措施后,栅极组件的整体形变位移降低了60%～82%。试验结果显示,在10～1200 Hz的低频扫描过程中,推力器3个轴向的基频分别为256,258,348 Hz,与仿真结果基本一致,采用减振措施后的20 cm口径离子推力器通过了1600 g的冲击试验。     

离子推力器栅极透过率径向分布特性研究

栅极系统是离子推力器的主要组件,其透过率特性对推力器的效率和推力具有重要影响.为了进一步优化栅极性能和有效评估离子推力器效率,对离子推力器栅极透过率径向分布进行研究.采用particle-In-CellMonte Carlo Collision数值仿真方法对束流引出过程进行了模拟.分析了屏栅、加速栅以及栅极系统的透过率随栅孔引出束流离子数量的变化关系,结合放电室出口离子密度分布,进而分别得到屏栅透过率、加速栅透过率和栅极系统透过率的径向分布特性,最后进行实验验证.研究结果表明:屏栅透过率径向分布具有中心对称性,在推力器中心有最小值,从中心沿着径向逐渐增大;加速栅透过率径向分布与屏栅透过率变化趋势相反;栅极系统透过率受加速栅透过率的影响很小,其径向分布与屏栅透过率径向分布相近;离子推力器栅极总透过率随着束流增大而缓慢减小.研究结果可为离子推力器栅极优化提供参考.     

开关电源中IGBT模块散热分析北大核心CSCD

基于绝缘栅双极型晶体管(IGBT)模块的实际结构,建立了开关电源IGBT模块有限元等效热分析模型和双热阻模型。在开关电源实际工作情况下进行温度测量实验,结合实际运行时的电压电流曲线,给出模块的总损耗。仿真拟合出热特性主要参数瞬态热阻,与厂商数据手册提供的实测热阻曲线进行对比,两者曲线基本一致,验证了有限元热分析等效模型合理。分别将有限元等效模型与双热阻模型进行稳态热仿真,与实验对比分析,得到实际工况下IGBT模块温度场分布及芯片结温。分析双热阻模型的优缺点,并提出了改进方案。     

CW激光辐照薄板热力响应全场测量

实验研究了CW激光辐照铝合金薄板的热力响应过程,利用三维数字图像相关技术(3D-DIC)结合红外测温系统对整个过程的变形场和温度场实现了全场实时测量。分析了入射激光功率对变形场和温度场的影响,发现变形和温度均随入射激光功率线性增长。建立了三维有限元模型对实验过程进行模拟,模拟结果与实验结果吻合较好,验证了有限元模型的可靠性。3D-DIC结合红外测温系统可以很好地对激光破坏试验中的靶体变形场和温度场进行实时测量,是一种很有效的实验测量手段。     

栅极热变形对离子推力器工作过程影响分析

栅极热变形是影响离子推力器性能和寿命的重要因素. 采用三维粒子方法对栅极系统等离子体输运过程进行模拟, 对比、分析栅极热变形前后栅极系统的电子返流限制、导流系数限制、离子通过率和发散角损失. 结果表明: 栅极热变形增大了屏栅离子通过率和推力器推力值, 并由于加速栅截止电流阈值的提高拓展了推力器工作电流区间, 但电子返流阈值的明显降低对栅极系统可靠工作造成了不利影响.     

星载行波管高效率阴极热子组件优化设计

为减小X波段星载脉冲行波管的热子功率,对阴极热子组件结构进行了优化设计,利用ANSYS有限元软件对该阴极热子组件结构进行了热分析,得到结构的稳态温度场分布、阴极温度瞬态解以及加热功率与阴极温度的关系,并与实测结果进行对比,对比结果表明,阴极温度模拟与实验结果误差在1.3%以内,说明了所用模型和方法的可行性。在此基础上通过研究阴极支持筒不同开槽宽度、壁厚及材料下热子加热功率-阴极温度关系,对阴极支持筒进行了优化。模拟结果显示,优化后的阴极热子组件结构加热功率由8.2W降到6.7 W。     

显微栅线投影法用于微镜转角测量

采用显微栅线投影法结合相移技术测量了微镜在不同驱动电压下的转角,并同理论值进行了比较,平均误差为4.5%,结果表明:测量值和理论值比较吻合.     

15 nm Bulk nFinFET器件性能研究及参数优化

为研究Bulk FinFET工作时基本结构参数、器件温度和栅极材料对其性能的影响,建立了一个15 nm n型Bulk FinFET器件模型,仿真分析了不同栅长、鳍宽、鳍高、沟道掺杂浓度、器件工作温度、栅极材料对器件性能的影响,发现增长栅长、降低鳍宽和增加鳍高有助于抑制短沟道效应;1×10¹⁷ cm^-3以下的低沟道掺杂浓度对器件特性影响不大,但高掺杂会使器件失效;器件工作温度的升高会导致器件性能的下降;采用高K介质材料作为栅极器件性能优于传统材料SiO₂。     

离子推力器加速栅极离子运动规律的数值研究

 以离子推力器栅极组件为研究对象,建立了3维数值模型,应用网格质点法研究了束流离子和电荷交换离子在栅极组件间的运动规律。根据给定的几何和物理参数,模拟得到了栅极组件附近的电势分布、束流离子和电荷交换离子的运动轨迹、速度相空间分布以及加速极电流等。模拟结果表明：加速栅极下游产生的电荷交换离子在电场的作用下会加速撞击加速栅极下游面,是造成加速栅极腐蚀的主要因素;栅极间产生的电荷交换离子会撞击到加速栅极孔壁面,使加速栅极孔逐渐增大。     

Euler及N-S方程的二维四边形/叉树混合网格自适应算法

描述了一种基于直角叉树网格的Euler和N-S方程自适应算法.由于考虑了粘性的作用,提出并使用了四边形叉树混合网格的方法,在几何表面附近生成贴体的四边形网格,外流场使用直角叉树网格.采用中心有限体积法,对Euler及N-S方程进行数值求解,对N-S方程的计算中加入了B-L代数湍流模型.在流场中,运用了网格自适应算法,提高了数值计算对激波、流动分离等特性的捕捉和分辨能力.采用上述方法,数值分析了单段和多段翼型的绕流问题.     

一种非结构/结构多层混合网格方法及其应用

对于粘性绕流的数值模拟,在自适应直角网格基础上,结合三角形非结构网格和结构化网格,利用其各自的优势和特点,提出一种生成混合杂交网格的思路和方法.在物面附近生成适合粘性流计算的大长宽比结构化网格,在远场分布自适应直角网格,快速离散计算空间.对于复杂的多体问题,采用三角形网格来连接各体网格,并运用网格合并的方法,保证各网格之间的光滑过渡与连接,提高网格质量.针对一些二维、三维外形的绕流问题,在上述网格基础上,采用B-L代数湍流模型和中心有限体积法,完成Navier-Stokes和Euler方程数值模拟的对比计算,结果表明网格生成和流场计算是正确的.     

运动介质中电磁场计算的一种迎风有限元方法

本文提出了运动介质中正弦稳态电磁场问题的一种迎风有限元解法。用伽僚金法求解这类问题,当离散网格的Peclet数大于1时,计算结果会出现伪振荡。为了抑制这种振荡,引入了采用在迎风面与背风面具有不同迎风参数的权函数的迎风有限元法。该方法对一维问题,在均匀网格下能在节点上给出问题的精确解,在一维结果的基础上,提出了相应的二维解法,并用一个二维模型进行了验证。     

Finite element model updating of a rod-type ultrasonicmotor based on response surface method

The conventional finite element model(FEM) of a rod-type ultrasonic motor is usually simplified by means of continuous composite structure. Because the actual contact characteristics between the parts of the ultrasonic motor is ignored, there is bigger error between the calculated values and experimental results. Aiming at solving problem, a new modeling method of a rod-type ultrasonic motor is presented to obtain a high-accuracy FEM. The bolt pretension and the normal contact stiffness and friction coefficient of the contact surface of ultrasonic motor are all considered in this method, and the significant parameters of working mode of the motor are selected by the response surface method, and the goal of calculating the structural response rapidly is realized by building the response surface model to replace the FEM. The result of finite element model updating shows that the average error of modal frequencies of updated model drops to 0.21% from 1.20%. The accuracy of FEM is obviously improved, which indicates that the FEM updating based on response surface method is of great application value on the design for a rod-type ultrasonic motor.     

基于XRF与RBF神经网络的锌浸出渣有价组分精准定量分析研究

锌冶炼浸出渣是湿法炼锌工艺产出的冶炼固废渣,占锌冶炼固废产出总量的75%以上,因含有Zn,Cu,Pb,Ag,Cd和As等多种有价金属元素,其资源化利用潜力巨大。然而由于其成分含量不稳定,检测精度不足等原因,导致关键元素的资源转化效率难以保证,因此对浸出渣关键资源组分的精准定量分析在锌冶炼行业绿色发展方面具有重大意义。该研究以Zn,Cu,Pb,Cd和As五种目标元素为分析对象,分别采用XRF工作曲线法和XRF结合RBF神经网络模型的方法对浸出渣目标元素定量分析,以相对误差、相对标准偏差作为两种方法的评价指标,对两种方法进行分析比较。首先采用标准添加法对工业现场采集的锌浸出渣配制浓度梯度样,并以此为标准化样品进行ICP-OES检测,随后将ICP-OES检测结果作为目标元素定量分析基准值,对浓度梯度样品进行X射线荧光光谱（XRF）检测,建立目标元素工作曲线,利用工作曲线对各目标元素进行定量分析。同时用XRF光谱数据构建输入矩阵、样品目标元素浓度构建输出矩阵,训练RBF神经网络来构建浸出渣中目标元素多元定标模型,并用此模型实现浸出渣样品目标元素预测。工作曲线法定量分析结果与ICP-OES基准值对比得到相对误差均值为8.5%,标准偏差均值为4.0%;RBF神经网络预测结果与ICP-OES基准值对比得到相对误差均值为0.18%,标准偏差均值为0.58%。结果表明,两种方法均能实现浸出渣样品目标元素的定量分析,但XRF结合RBF神经网络的方法能够对浸出渣样品进行精准定量分析和基体校正,分析结果准确性和精密度优于传统工作曲线分析方法。     

The simulation of the interaction between low-intensity laser beams and multilayer scattering biological materials

A mathematical model of interaction between low-intensity laser radiation and multilayer biological materials with allowance for scattering is put forward. Within this model, the intensity distribution during the laser irradiation is found by the Monte Carlo method and the temperature field in the biological tissue, by the method of adaptive finite elements that automatically generates an optimal element grid.     

加速度场下陀螺光纤环形变的影响分析

通过航天器大机动时直线加速场下陀螺光纤环的有限元分析,得出光纤环在加速场下的形变机理。基于各向异性复合材料理论,采用细观力学有限元方法,对光纤环代表性体积单元施加周期边界条件,分析得出光纤环的等效材料参数。再利用有限元程序ANSYS建立光纤环组件的空间有限元模型,施加加速度场,并建立接触单元分析形变过程中的结构接触耦合影响。分析结果表明:在加速场的作用下,光纤环形变的主要原因包括光纤环组件中的U型槽和顶盖形变后与光纤环的接触耦合作用,以及U型槽和顶盖结构的形变引起光纤环和光纤环本体结构的形变。     

Numerical study on transient flow in the deep naturally fractured reservoir with high pressure

According to the experimental results and the characteristics of the pressure-sensitive fractured formation, a transient flow model is developed for the deep naturally-fractured reservoirs with different outer boundary conditions. The finite element equations for the model are derived. After generating the unstructured grids in the solution regions, the finite element method is used to calculate the pressure type curves for the pressure-sensitive fractured reservoir with different outer boundaries, such as the infinite boundary, circle boundary and combined linear boundaries, and the characteristics of the type curves are comparatively analyzed. The effects on the pressure curves caused by pressure sensitivity module and the effective radius combined parameter are determined, and the method for calculating the pressure-sensitive reservoir parameters is introduced. By analyzing the real field case in the high temperature and pressure reservoir, the perfect results show that the transient flow model for the pressure-sensitive fractured reservoir in this paper is correct.     

SVD–GFD scheme to simulate complex moving body problems in 3D space

The present paper presents a hybrid meshfree-and-Cartesian grid method for simulating moving body incompressible viscous flow problems in 3D space. The method combines the merits of cost-efficient and accurate conventional finite difference approximations on Cartesian grids with the geometric freedom of generalized finite difference (GFD) approximations on meshfree grids. Error minimization in GFD is carried out by singular value decomposition (SVD). The Arbitrary Lagrangian–Eulerian (ALE) form of the Navier–Stokes equations on convecting nodes is integrated by a fractional-step projection method. The present hybrid grid method employs a relatively simple mode of nodal administration. Nevertheless, it has the geometrical flexibility of unstructured mesh-based finite-volume and finite element methods. Boundary conditions are precisely implemented on boundary nodes without interpolation. The present scheme is validated by a moving patch consistency test as well as against published results for 3D moving body problems. Finally, the method is applied on low-Reynolds number flapping wing applications, where large boundary motions are involved. The present study demonstrates the potential of the present hybrid meshfree-and-Cartesian grid scheme for solving complex moving body problems in 3D.     

核磁共振陀螺中原子气室温度场的研究

为研究核磁共振陀螺中加热机构对原子气室性能的影响,设计了5种典型加热方式。利用有限元分析软件ANSYS建立了原子气室的温度场模型,给出了原子气室表面的稳态温度场分布情况。同时设计了探测精度为0.01℃的测温电路,对原子气室表面不同位置的温度进行监控,获得了不同加热方式下原子气室表面的温度变化情况。将仿真和实验结果进行比较,发现误差在5%之内,验证了仿真模型的正确性。综合仿真和实验结果比较了不同加热方式下原子气室表面温度分布情况,获得了能够使原子气室表面温度分布最均匀的加热方式。