CDIO教育模式在物理实验教学中的实践

物理实验教学在培养工科院校学生实践能力过程中起着至关重要的作用。在物理实验教学中实施"做中学"CDIO模式,通过"基于项目的学习",构建工程教育的学习环境。以应用物理学专业的物理实验为例,探索主动学习的教学方法,培养学生实践创新的工程能力。     

Al/ZnO/Al薄膜的结构与磁性分析

采用直流磁控溅射的方法制备了Al/ZnO/Al纳米薄膜,并对薄膜分别在真空及空气中进行退火处理.利用X射线衍射仪(XRD)和物理性能测量仪(PPMS)分别对薄膜样品的结构和磁性进行了表征.XRD分析表明,不同的退火氛围对薄膜的微结构有着很大的影响.采用了一种新的修正方法对磁测量结果进行修正,计算了基底拟合误差的最大值,并对修正后样品的磁性进行了分析.结果显示,室温铁磁性可能与Al和ZnO基体之间发生的电荷转移以及在不同退火氛围下Al在ZnO晶格中的地位变化有关. 关键词： Al/ZnO/Al薄膜 铁磁性 磁性表征     

First neutron spectrometry measurement at the HL-2A Tokamak

A compact neutron spectrometer based on the liquid scintillator is presented for neutron energy spectrum measurements at the HL-2A Tokamak. The spectrometer was well characterized and a fast digital pulse shape discrimination software was developed using the charge comparison method. A digitizer data acquisition system with a maximum frequency of 1 MHz can work under an environment with a high count rate at HL-2A Tokamak. Specific radiation and magnetic shielding for the spectrometer were designed for the neutron spectrum measurement at the HL-2A Tokamak. For pulse height spectrum analysis, dedicated numerical simulation utilizing NUBEAM combined with GENESIS was performed to obtain the neutron energy spectrum. Subsequently, the transportation process from the plasma to the detector was evaluated with Monte Carlo calculations. The distorted neutron energy spectrum was folded with the response matrix of the liquid scintillation spectrometer, and good consistency was found between the simulated and measured pulse height spectra. This neutron spectrometer based on a digital acquisition system could be well adopted for the investigation of the auxiliary heating behavior and the fast-ion related phenomenon on different tokamak devices.     

结构相变对Fe掺杂TiO2薄膜室温铁磁性的影响

采用直流磁控溅射方法在玻璃基底上制备了不同Fe掺杂浓度的TiO₂薄膜, 并对其晶体结构和磁特性进行了研究.在所有掺杂样品中,均观察到了室温铁磁性, 磁性源于Fe离子与其近邻空间分布的空穴相互作用. 在掺杂量为7%的锐钛矿相薄膜中观察到了最大的磁化强度. 随着Fe掺杂浓度的进一步增加, TiO₂的晶体结构逐渐由锐钛矿相向金红石相转变,并且磁性减弱. 不同结构的TiO₂中Ti–O键长不同,导致替代的磁性Fe离子与空穴的作用强度发生改变, 进而使其磁性发生变化. 关键词： 稀磁半导体 结构相变 铁磁性     

八脚机器爬虫运动仿真分析

采用叠层IPMC为片状脚,设计左右非对称分布的八脚机器爬虫模型,通过输入电压波形实现动力驱动。运用刚-柔混合技术,确定柔性体片状脚与刚性体地面接触模式,设计合理的行走步态,获得向前不间断的动力驱动。整个分析过程借助于ANSYS和ADAMS有限元分析软件完成,在ANSYS中建模,并获取32阶模态,通过ADAMS分析完成八脚机器爬虫的运动分析。经参数研究发现,较小的动力驱动和较高的驱动频率既能让机器爬虫保持一定速度,又能使其载重得到一定程度增加,且整体稳定性良好。     

非概率区间模型可靠性指标的梯度投影算法

考虑不确定参数为区间变量,研究求解非概率可靠性指标的有效搜索算法.基于函数梯度法的基本思想,构造搜索方向,建立迭代算法格式,将传统的用于概率可靠性分析的梯度投影法用于非概率可靠性指标的求解.当收敛点为非最可能失效点时,提出了空间降维算法,并给出了整个搜索算法的计算步骤.通过数值算例,验证了本文提出的搜索迭代算法的有效性和正确性.     

关于结构非概率可靠性模型中安全评估

考虑区间变量非概率可靠性模型,采用非概率可靠性指标、安全系数和集合可靠度三类确定性参数描述结构的可靠性和安全程度。通过几何描述,明确地给出了三类参数的物理意义,指出了各自的取值范围和实用区间。从设计思想、度量方法及表现形式方面分析了三类度量的区别,并建立了它们之间的函数关系。研究结果拓展了结构非概率设计理论,并通过具体优化算例对三类度量所得到的结果进行了讨论。     

Simulation of Electromagnetic Wave Logging Response in Deviated Wells Based on Vector Finite Element Method

The vector finite element method of tetrahedral elements is used to model 3D electromagnetic wave logging response. The tangential component of the vector field at the mesh edges is used as a degree of freedom to overcome the shortcomings of node-based finite element methods. The algorithm can simulate inhomogeneous media with arbitrary distribution of conductivity and magnetic permeability. The electromagnetic response of well logging tools are studied in dipping bed layers with the borehole and invasion included. In order to simulate realistic logging tools, we take the transmitter antennas consisting of circular wire loops instead of magnetic dipoles. We also investigate the apparent resistivity of inhomogeneous formation for different dip angles.     

增量型各向异性损伤理论与数值分析

考虑到目前各向异性损伤理论存在一些不足,该文在增量型各向异性损伤理论的框架下,引入二阶对称张量,构造四阶对称有效损伤张量,建立了有效应力方程．类似于塑性流动分析方法,定义了增量弹性应力．应变关系．利用von Mises塑性屈服准则,并考虑各向异性损伤效应,推导出四阶对称的弹．塑性变形损伤刚度张量,其对称性反映了材料的固有特性．根据物体的变形和现时损伤状态,构造了材料损伤演化方程,方程中各项具有明确的物理意义．通过对A12024-T3金属薄板单向拉伸的有限元分析,确定了损伤演化参数,验证了损伤演化方程的正确性．此外还对含孔口薄板做有限元模拟,讨论了反力—位移曲线的变化规律以及它所揭示变形性质,给出了损伤场的分布规律。     

偏心和倾斜光学系统初级象差理论的研究

在共轴光学系统波象差的基础上,推导出了光学元件的偏心和倾斜分别对主要象差的影响.得出了除了球差外,每一种象差由于偏心和倾斜都引入了它同种类的象差;小量的偏心和倾斜并不改变系统的球差的结论;如果球差并不为零,将会产生与象高无关的彗差,即轴向彗差等等.