布拉格光纤光栅传感器在非均匀应变场中的响应分析

在非均匀应变场的作用下,布拉格光纤光栅的主要参数有效折射率和光栅周期都会发生非均匀的变化,导致光纤光栅的反射光光谱结构发生变化。在光波导耦合模理论的基础上,建立了布拉格光纤光栅在非均匀应变场下反射光谱的分析数学模型,利用龙格 库塔法对其进行了数值求解。给出了几种典型应变场下的布拉格光纤光栅的反射光谱,并分析了它们的特点。     

激光陀螺腔长控制镜结构特性有限元分析

 为研究激光陀螺腔长控制反射镜结构参数对其性能影响,提出了建立腔长控制镜弹性、压电体耦合有限元模型并进行直接耦合场有限元分析的方法。通过编制ANSYS有限元软件宏文件,实现有限元模型与结构尺寸的自动同步。对某型激光陀螺腔长控制镜仿真计算表明,反射镜环槽内外径以及变形筋的厚度对其光程调节能力影响最大,并在此基础上实现了该型控制镜的优化设计。实验表明该方法对激光陀螺腔长控制镜的结构设计具有一定的指导意义。     

用于光纤激光器阵列锁相的光纤环特性研究

光纤环特性对基于公共光纤环的光纤激光器锁相阵列的性能具有重要影响.介绍了利用公共光纤环构建光纤激光器锁相阵列的结构、特征以及光纤环的作用.建立了研究该光纤环特性的理论模型,分别采用光强叠加和光场叠加法分析了光纤环的能量传输与谐振选模特性,并在考虑输入光波谱宽的情况下证明了两种方法的一致性.研究表明增加成环耦合器的耦合比可以增强锁相阵列各单元激光器间的能量耦合,且在光纤环损耗较低时不会明显降低输出功率和组合效率.实验中观察到了光纤环的滤波选模效应,而输出功率随着耦合比的增加有规律的略微减小.两者均与理论分析结果一致.     

行波管栅控电子枪热形变研究

行波管栅控电子枪各组件尤其是阴极和栅网的热形变对行波管电子光学性能有着较大的影响。基于有限元分析方法,利用热力场耦合对栅控电子枪热形变问题进行了研究,结果表明:阳极的总形变量最大,最高处达0.28 mm;控制栅网、阴影栅、阴极及部分支撑结构向着阳极方向发生形变,由温升引起的形变不会使控制栅网和阴影栅发生接触或交叉,而阴极形变量较大时,阴极与阴影栅则存在接触的危险,这对电子枪的工作性能有很大的影响,甚至会使阴影栅烧坏。降低电子截获率,适当增加控制栅网和阴影栅的厚度,使用热传导率高、线膨胀系数低的材料,可以减小栅控电子枪各组件的热形变。      

电场与拉伸流场共同作用下双重乳液形变特性研究

本文采用基于Cahn-Hilliard方程的相场方法(Phase-field Method)捕捉液-液流体界面,并利用电流模型(Electric Currents)表征电场力作用,通过电场与多相流控制方程的双向耦合,建立了电场和拉伸流场共同作用下双重乳液形变动力学行为非稳态理论模型并开展数值模拟研究,揭示了流场和电场对双重乳液形变行为的调控机理。研究表明:双重乳液液滴处于单一拉伸流场中外液滴产生宽扁型形变,内液滴产生瘦长型形变;通过施加外加电场可以主动抑制双重乳液的形变,使液滴在拉伸流场中维持球形。     

有限元法求解任意折射率分布光纤模场分布

 应用有限元方法求解了任意径向非均匀折射率分布园柱对称介质波导中纵向场耦合波动方程定解问题所对应的变分问题,该方法不受弱导或高斯模场分布等限制,可方便地求解光纤中介质波导的模场分布。用此方法研究了带阶跃环的三角型分段折射率分布光纤中归一化模场半径与芯层传输功率比值随光纤不同结构参数的变化规律。     

新型光学聚合物——Topas环烯烃共聚物微结构光纤的设计及特性分析

以新型光学聚合物Topas 环烯烃共聚物（折射率为1.53）为基质,设计了四种微结构聚合物光纤.应用有限元方法对各种光纤在波长0.5—2.0 μm范围内的基模有效折射率、模场面积和数值孔径进行了计算.研究了结构参数对模场分布、单模特性和色散特性的影响.得出了具有极大/小模场面积、无限单模传输和平坦近零色散的光纤结构参数.与石英、聚甲基丙烯酸甲酯基质的微结构光纤相比,该光纤具有更大的数值孔径和较宽的平坦近零色散范围.为光纤的制备提供了理论指导. 关键词： 微结构聚合物光纤 有限元方法 传输特性 Topas 环烯烃共聚物     

芯轴型光纤水听器声压相移灵敏度响应分析

提出了一种带空气腔芯轴型光纤水听器的结构模型,并对其声压相移灵敏度的响应特性进行了研究.通过对空气腔芯轴型光纤水听器的基本原理和结构进行分析,得出光纤与弹性筒作用的相互关系;建立了动力学等效模型,得出带空气腔芯轴型光纤水听器声压相移灵敏度表达式以及频率特性的理论模型;利用有限元方法,得到芯轴型光纤水听器的响应模型.根据提出的结构和确定的参量制作出相应的探头,经过试验测试,其3 dB带宽约为30 kHz,测试结果验证了提出的理论模型与有限元模型的正确性.     

自由光谱范围加倍的单微环谐振滤波器

基于两点耦合和光波干涉控制相移思想提出U型波导耦合单微环的谐振滤波器结构。利用传输矩阵法推导了此结构的数学模型,采用Matlab模拟了输出端口谱线形状。当微环与U型波导的两个耦合点之间的距离为微环周长的整数倍时,此新型微环谐振滤波器比传统的双直波导耦合单微环滤波器的自由光谱范围增加1倍。针对该结构参数,同时讨论了耦合系数对输出谱线的影响,得出当耦合系数为0.018时,输出谱线具有最佳的消光比,同时保持窄的带宽和高的品质因子。     

保偏光纤熔锥区的传输特性分析

建立了保偏光纤熔锥区截面的有限元模型,基于热-结构-电磁多物理场耦合有限元方法,分析了保偏光纤熔锥区的传输特性.给出了热应力导致的保偏光纤应力双折射及折射率变化曲线；分析了随着拉伸长度的增加,传输模式的转换以及传播常量的变化;分析了随着芯径的减小,应力区对电磁场分布的影响.     

离子推力器栅极组件温度场仿真分析及试验研究

栅极组件热变形是影响离子推力器工作性能及工作寿命的主要因素,为研究栅极组件升温过程中温度场分布及变化规律,探索能较准确模拟栅极温度场的方法,建立了栅极组件1/12全尺寸有限元模型进行温度场仿真计算。同时,基于实验室搭建的温度测量平台,测量了大气环境下加热时栅极组件的瞬态温度变化。对比有限元分析求解与试验过程中的温度场,加速栅平均误差为14.4%,屏栅平均误差为9.7%,双栅最大误差不超过18.4%,验证了有限元模型及方法的可信度和合理性。     

主动光学薄镜支撑及驱动研究

随着光学遥感器分辨能力的不断提高和口径的不断增大,导致遥感器的重量越来越重,使得载体无法承受.针对此问题,提出了对薄反射镜进行主动支撑的方式,以解决口径大、重量重的问题.利用有限元分析和数学理论相结合的方法在对反射镜施加垂直镜面1g加速度(g=9.80665m/s2为重力加速度)和10℃的温升载荷情况下,对薄反射镜的位...     

回旋行波管电子枪阴极热分析

使用有限元分析软件ANSYS对回旋行波管电子枪阴极进行了热分析和形变分析,得到了阴极模型的温度分布和热形变。为了保持阴极发射带表面温度的均匀性,增大了发射带下端与导热介质的接触面积,同时减小了发射带上端处的加热线圈个数,发现温度差由原来的18 ℃减小到了0.9 ℃。在热分析的基础上进行了热形变分析,将形变量结果带入EGUN软件验证,发现电子注的速度比增大,横向、纵向速度零散以及引导中心半径也都有所增加。     

声表面波梁式加速度传感器的优化设计

为获得传感器的优化设计,对一种声表面波梁式加速度传感器敏感机理进行了研究。从声波波动方程出发,结合有限元分析以及微扰理论对加速度作用力作用下声表面波传播特性进行分析,以此构建梁式声表面波加速度传感器敏感机理的理论模型,特别分析了压电梁材料及几何结构、振子质量对传感响应的贡献以确定传感器优化的几何参数。为验证理论分析结果,实验研制了基于ST-X石英悬臂梁结构的差分振荡式声表面波加速度传感器,并利用精密振动台对所研制传感器性能进行评价。实验结果显示,在给定加速度测试范围内,采用ST-X石英梁并延长梁长度、降低梁厚度以及采用较大的阵子质量将有效的改善传感器检测灵敏度,在±2 g范围内加速度灵敏度可达27 k Hz/g,且实验结果很好的验证了理论模型。     

精密光束偏离装置棱镜组件的光机热分析

以精密光束偏离装置的棱镜组件为有限元模型，进行了光机热集成分析.对棱镜组件的结构强度进行了校核，分析了机械载荷作用下的镜面变形；通过模态分析，给出了装置的动态特性和镜面面形振动幅值的变化情况；最后对棱镜的热弹性变形进行了分析，对棱镜的光学性能进行了评价.结果表明：棱镜组件的最大变形在10 nm量级，最大应力为0.403 MPa，应力和应变相对于结构的准确度要求和材料的许用应力具有较大的裕度；前后棱镜组件的固有频率都大于550 Hz，装置具有良好的动态性能；通过对比棱镜在热-结构耦合分析和机械载荷下的分析结果，说明热效应对棱镜表面变形的影响远远大于机械载荷的影响.装置使用时必须采取严格的温控措施.     

Integrated analysis of strap mount for a circular mirror

In order to solve the nonlinear contact problem with the friction action in the mirror assembly, the modeling analysis is carried out by the MPC method of shell-to-solid coupling. Considering the friction factor existing in the contact region, the deformation and stress of the strap obviously changes from fixed region, transition region to contact region, which further produces a serious edge effect around the mirror and leads to the uneven stress distribution. The results show the maximal deformation of the assembly is 9.98 μm and the maximal stress is 10.5 MPa, which has much tolerance to the precision requirement of structure and the admissible stress of material; the influence of heat effect on the surface deformations of mirror is proved to be far greater than that of only gravity load. The advantages of the contact model built by the MPC method are more close to the actual working conditions and more accurate analysis results can be obtained.     

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阐述了ITER纵场磁体超导母线及其支撑结构设计。运用有限元算法,对工作状态下的超导母线进行电磁结构耦合分析,并对超导母线的应力及变形进行校核,从而验证了纵场磁体超导母线及其支撑结构的安全可靠性,为进一步的详细设计提供了依据。     

ITER纵场磁体超导母线电磁结构分析

阐述了ITER纵场磁体超导母线及其支撑结构设计。运用有限元算法,对工作状态下的超导母线进行电磁结构耦合分析,并对超导母线的应力及变形进行校核,从而验证了纵场磁体超导母线及其支撑结构的安全可靠性,为进一步的详细设计提供了依据。     

真空室模块D 形环筋板焊接数值模拟与结构选型

基于有限元分析软件,以双椭球热源为内热源,对不同筋板型式下的真空室模块D 形环筋板焊接进行了三维动态模拟,得到了不同筋板型式下的瞬间温度场分布图、特征点热循环曲线以及应力应变曲线。结果表明：不同筋板型式下的焊接温度场以及各特征点的热循环曲线保持一致,相比采用I 型筋板的D 型环结构,采用 T 型筋板后的D 型环结构应力应变以及变形量都更小,真空室模块D 形环工程化试制过程中可优先考虑采用T 型筋板。