激光激励下微半导体结构的三维温度响应

本文运用耦合的等离子波和热传导模型研究了在激光激励下的半导体微硅试件的温度响应;采用格林函数方法得到了在热化热源、体复合热源和表面复合热源共同作用下三维微硅试件中载流子浓度和温度的解析解;对均布激光和聚焦激光激励下的微硅试件温度响应进行了计算,得到了温度的空间分布及其随激励频率的变化关系.     

PBX-9404的化学反应速率方程及起爆特性

通过对炸药化学反应速率方程的分析,建立了基于Kim弹粘塑性球壳塌缩热点模型原理的三项式化学反应速率方程模型。运用遗传算法确定了反应速率方程相关参数,通过与Forest-Fire反应速率模型数值模拟结果的对比对所建模型的合理性进行了验证。将所建反应速率方程模型嵌入有限元程序对PBX-9404炸药起爆过程进行数值模拟,根据模拟结果分析了炸药遭受冲击加载后炸药孔隙率、颗粒尺寸等变化对炸药冲击起爆过程的影响。     

硅对激光的响应

综述了硅材料在激光辐照下出现的各种效应研究结果。重点探讨了硅对激光的吸收机制,给出了波长、温度、声子能量、激光强度、自由载流子浓度等因素对吸收系数的影响机理。探讨了载流子及能量的输运过程和载流子复合机理,分析了各种复合机制的重要程度,探讨了损伤特性与激光参数的关系。     

层状压电半导体板的稳态弯曲振动分析

本文针对具有极化-变形-载流子耦合的层状压电半导体复合悬臂结构，理论研究了自由端在周期荷载作业下的稳态响应问题，导出了板中位移场、电场、载流子等物理量的解析表达式，并数值分析了周期荷载的幅值、激励频率和初始载流子浓度对结构宏观力学响应的影响。数值结果表明：在一阶固有频率下，结构内部各物理量响应幅值较大；在高阶固有频率下，各物理量响应出现多个局部峰值区域，其幅值相对减小，载流子会朝局部极值区域“聚集”或“离开”局部极值区域。初始载流子浓度在一定范围内对结构的固有频率以及各物理量的稳态响应有显著的调控作用。     

有氧化剂(AP)含铝炸药的爆轰性能

对有氧化剂含铝炸药(RDX/AP/Al/粘合剂=20/43/25/12,下称含铝炸药)爆轰反应的点火增长模型进行研究。用VLW状态方程方法计算了含铝炸药爆轰产物JWL状态方程;用激光速度干涉仪（VISAR）测量炸药/窗口界面粒子速度和炸药驱动金属平板自由表面速度,对试验进行了数值模拟计算,拟合了含铝炸药的反应速率方程。研究结果表明,用VLW状态方程方法和炸药/窗口界面粒子速度确定JWL状态方程和反应速率方程可行,金属平板驱动试验的计算结果与试验结果吻合。     

初应力下压电半导体板中SH波的传播特性

针对无限大n-型压电半导体板,论文理论研究了其在初应力作用下水平剪切波的传播特性。基于压电半导体三维宏观理论和边界条件得到色散关系,结合数值算例,系统分析了边界条件、初始载流子浓度、板的厚度和初应力大小对SH波传播特性的影响。此外,讨论了初应力下两种不同材料中的SH波传播。研究显示：较小的初应力对相速度影响很小可忽略,当初应力达到一定值时波速急剧下降;类似地,初应力足够大时衰减才会逐渐加强。计算结果对压电半导体器件设计具有一定的理论指导意义。     

三维显式有限元程序及炸药冲击起爆应用

冲击和爆炸数值模拟在军事工程和民用领域都应用广泛。基于显式有限元理论,本文介绍了自主研发的三维冲击和起爆流体动力学程序。该程序的功能包含了材料本构、状态方程、炸药反应速率方程和接触碰撞算法,能够模拟复杂条件下结构冲击和炸药起爆问题。由于采用面向对象的编程方法,程序结构相对简单并且容易修改。首先,进行了Taylor杆碰撞数值模拟,并将计算结果与实验结果以及DYNA2D结果进行了比较;接着,基于Lee-Tarver点火增长模型,模拟了冲击加载下裸炸药和带壳炸药的冲击起爆问题。计算结果表明,三维程序计算结果与实验值和商业软件结果都非常吻合,该程序能够较准确地模拟三维结构的冲击和炸药起爆问题。同时,基于面向对象开发的三维计算程序实现了模块化功能,易于后续开发,为冲击和爆炸计算程序的开发提供了参考。     

CL-20基混合炸药的冲击起爆特征

为了研究CL-20基混合炸药的冲击起爆特征,深入分析冲击波作用下CL-20基混合炸药的爆轰成长规律,采用炸药驱动飞片冲击起爆实验方法,对CL-20、CL-20/NTO和CL-20/FOX-7三种压装混合炸药进行了冲击起爆实验,通过嵌入在炸药内部不同位置处的锰铜压力传感器,获得了炸药内部压力的变化历程。依据实验结果标定了混合炸药的点火增长模型参数,其中,利用反应速率方程中的两个增长项,分别模拟CL-20/NTO和CL-20/FOX-7混合炸药中两种组分的反应增长过程,得到这两种混合炸药的反应速率方程参数。并通过数值模拟的方法得到了三种炸药的临界起爆阈值和POP关系。研究结果表明:三种CL-20基混合炸药中,CL-20/NTO混合炸药具有更高的临界起爆阈值,而CL-20/FOX-7混合炸药具有更长的爆轰成长距离;此外,利用此套拟合双组分混合炸药反应速率方程的方法,可以对新型配方炸药的冲击起爆过程进行预测性计算     

用有限解析差分格式数值求解化学输运方程

本文用有限解析差分格式研究在多孔介质中化学输运问题的数值模型,系统地计算结果表明:1.有限解析差分格式能够消除数值弥散和伪振荡; 2.随着弥散数(Peclct数)的减小(增加),浓度突破曲线将延迟到达和形状变陡,最终趋近浓度对流曲线;3.当流速数增加后,非稳态吸附对浓度分布的影响趋近稳态吸附的影响。     

动脉狭窄内低密度脂蛋白传输的数值研究：LDL的浓度极化现象

用计算机数值模拟的方法 ,对低密度脂蛋白 ( LDL)在动脉狭窄血管段内的质量传输进行了研究。计算结果表明 ,由于血管壁渗流的存在 ,LDL这样的脂质大分子会聚积在血管的内壁表面 ,发生一种工程上称为浓度极化的现象。LDL浓度在动脉狭窄口后的流动分离点出现峰值。该浓度峰值随雷诺数和动脉狭窄度的增加而呈逐渐下降的趋势。作者认为 ,该区域 LDL浓度的局部升高是引发动脉粥样硬化局部性和动脉狭窄产生的一个非常重要的原因。     

一种双质量硅微陀螺仪

双质量块结构形式的硅微陀螺仪能够有效消除轴向加速度等共模干扰的影响。利用结构解耦方法设计了一种新型的双质量双线振动式硅微机械陀螺仪。依据双质量硅微陀螺的结构和工作原理,通过简化的动力学方程,对该陀螺的驱动和检测模态进行了理论分析,并利用Ansys有限元软件对陀螺的驱动和检测模态进行了数值仿真。仿真结果表明,该陀螺结构设计能够实现驱动和检测模态的完全解耦,从而验证了设计思想的正确性。通过仿真,得到了驱动和检测模态的仿真频率值。在对微陀螺加工所采用的加工工艺进行简单介绍后,对加工出的硅微机械陀螺仪样品的模态频率值进行了电路测试。由于加工误差的存在,实验得到的驱动和检测频率值与仿真设计值存在1.6%的误差。最后在转台上对样品的标度因数进行了测定,得到了该双质量硅微陀螺仪的标度因数为2.518mV/((°)?s-1)。     

恒磁场作用下压磁/压电半导体复合圆柱壳的耦合响应分析

本文针对由压磁材料和压电半导体材料组成的无限长复合圆柱壳结构,理论研究了其在径向恒磁场作用下结构内的多场耦合力学响应问题。为解析求解方便,文中分别采用单向耦合法和线性全耦合法,导出复合圆柱壳内位移场、电场、载流子等物理量的解析表达式。利用导出的解析表达式,数值分析了磁场大小和半导体层厚度比对结构内电势、电场和载流子的影响。计算结果表明：磁场和厚度比均可用来有效调控半导体层内的电学量,复合圆柱壳结构的厚度比有一个最优区间。     

顺序输送混油过程的二维数值分析

采用二维对流扩散模型对成品油顺序输送中的混油问题进行了数值模拟研究,运用目前求解对流扩散方程比较有效的两步法,对层流态和湍流态顺序输送的混油段流动分别进行了数值计算,分析了层流态和湍流态下的顺序输送规律,表明湍流态输送比层流态输送的混油量要小,并得到了混油截面平均浓度随时间的变化特点,以及湍流扩散系数对混油浓度的影响规律.     

基于动态磁耦合的驰振能量收集器动力学分析

为了提高能量收集系统在低风速下的能量收集效率,将动态磁铁非线性引入到驰振能量收集系统中。在悬臂梁的末端和底座上分别安装一对磁极相斥的磁铁,其中安装在底座上的磁铁与弹簧相连,可随着磁斥力的变化而垂直移动。首先,根据能量法建立了磁耦合驰振能量收集系统的多场耦合振动控制方程。其次,通过Runge-Kutta数值计算方法比较分析了低风速下动态磁耦合驰振能量收集系统(DM-GEH)和固定磁耦合驰振能量收集系统(FM-GEH)的电压输出。DM-GEH系统的切入风速提前了81.82%,在1 m/s～5 m/s风速范围内能量收集效率提高了124.22%。最后,针对弹簧支撑刚度进行参数优化,提升了低风速下的能量收集效率。结果表明,通过改变磁铁支撑方式至弹性支撑将改变系统的振动频率并且降低切入风速,相较于弹簧刚度为1 000 N/m时,弹簧刚度为500 N/m时的系统的切入风速降低了54.55%,能量收集效率提高了15.35%。     

稠密气固两相湍流流动的实验和数值模拟

基于气固两相流动模型计算循环流化床内稠密气固两相流湍流动,颗粒动理学方法模拟颗粒相湍动能,ＳＧＳ模型模拟气相湍流,采用γ－射线密度计和非等速取样管测量局部颗粒浓度和流率,利用ＦＦＴ方法计算颗粒浓度功率谱密度。模拟计算得到上升管内气相和固相速度和浓度分布等。同时数值模拟与Ｔｓｕｊｉ等和Ｋｎｏｗｌｔｏｎ等试验结果进行了比较,结果表明数值模拟计算与实验结果相吻合。     

恒磁场作用下压磁/压电半导体复合圆柱壳的耦合响应分析

本文针对由压磁材料和压电半导体材料组成的无限长复合圆柱壳结构，理论研究了其在径向恒磁场作用下结构内的多场耦合力学响应问题。为解析求解方便，文中分别采用单向耦合法和线性全耦合法，导出复合圆柱壳内位移场、电场、载流子等物理量的解析表达式。利用导出的解析表达式，数值分析了磁场大小和半导体层厚度比对结构内电势、电场和载流子的影响。计算结果表明：磁场和厚度比均可用来有效调控半导体层内的电学量，复合圆柱壳结构的厚度比有一个最优区间。     

环形激波绕射、反射和聚焦流场的间断有限元模拟

采用间断有限元方法对环形激波在圆柱形激波管内绕射、反射和聚焦流场进行了数值模拟。将二维守恒方程的间断有限元方法发展到轴对称Euler方程,并对环形激波绕后台阶流动进行了数值计算。计算结果表明,采用间断有限元方法能够有效地捕捉运动激波在圆柱形激波管内传播的复杂流场结构;在聚焦点附近,数值解具有较大的梯度变化,表明该方法对间断解具有较强的捕捉能力,在聚焦点附近不会产生振荡或抹平间断现象。     

气固两相流场的湍流颗粒浓度理论模型

本文进行了气固两相流动颗粒湍流扩散现象的理论分析，提出了颗粒湍流扩散系数和气流弥散效应二个颗粒湍流模化新概念，在此基础上建立了气固两相流场湍流颗粒浓度模型。理论模型包括离心力和其它外加力场作用下颗粒运动和浓度分布的计算方法。运用湍流颗粒浓度模型，对直管气固两相流动、受限射流气固两相流动和９０°弯管气固两相流动等三种流动做了数值模拟，计算获得颗粒速度、颗粒浓度等主要流动参数。讨论了湍流颗粒浓度模型的适用性。     

油气分离器内气液两相流的数值模拟

用DPM模型对油气分离器内的气液两相流流场进行了数值模拟。对计算结果分析发现,除了离心力作用可以增强分离效果外,气流在壁面上的碰撞过程对提高分离效果也具有重要作用。据此提出的改型设计方案在工程试验中获得了更高的分离效率,证明本文数值模拟所用的计算模型能够满足此类计算的要求,计算后的机理分析也反映了流动的本质。     

HNS-Ⅳ炸药的点火增长模型

进行直径?10mm 的圆筒实验,根据冲击Hugoniot关系,拟合了HNS-Ⅳ炸药的未反应时的JWL 状态方程,并通过数值模拟确定了HNS-Ⅳ炸药爆轰产物JWL状态方程参数;测量炸药/窗口界面粒子速度 历程,结合数值模拟获得HNS-Ⅳ炸药的点火增长模型反应速率方程参数。研究表明,HNS-Ⅳ炸药点火增长 模型能够描述反应过程并与实验结果吻合较好。