宽波段高精度激光能量计设计

针对宽波段、高精度、大能量范围的激光能量测量需求,设计了激光能量计。利用快速响应的热电堆作为传感器,在热电堆探测面涂覆高吸收率碳纳米烯材料,实现了宽光谱吸收。采用大小2个热电堆探测器布置于能量计正反两面的方法,使能量计具有1 mJ～40 J超宽能量范围,并且具有较高的测量精度。利用有限元仿真软件建立了吸收腔热路结构的三维有限元模型,并对不同类型的激光脉冲做了加热模型模拟仿真。根据仿真结果,对探测器的线性进行了修正,从而减小了由于传感器的输出电信号与被测光信号之间的非线性所导致的测量误差。用激光能量计标准装置对能量计进行了标定实验,测量结果表明,经修正后激光能量计的测量重复性优于0.6%,线性度优于1.1%。将激光能量计溯源到国家激光能量基准,测量相对扩展不确定度达到2.5%（k=2）的优异水平。     

分子构象聚类中的K-means密度峰值搜索算法

分子构象的聚类是搜索分子动力学模拟轨迹中代表构象的主要方法。 它是分析复杂构象改变或分子间相互作用机制的关键步骤. 作为一种基于密度的聚类算法,密度峰值搜索算法因其聚类的准确度而被应用于分子聚类过程中. 但随着模拟时长的增长,密度峰值搜索算法较低的计算效率限制了其应用的可能. 本文提出K-means密度峰值搜索算法的聚类算法,它是密度峰值搜索算法在计算效率方面的一个扩展版本,用于解决密度峰值搜索算法中巨大的资源消耗问题. 在K-means密度峰值搜索算法中,首先,通过高效的聚类算法(例如K-means)进行初始聚类,得到的聚类中心被定义为具有权重的典型点. 然后,对加权的典型点通过密度峰值搜索算法实现二次聚类,并细化点为核心点、边界点、加细光晕点. 在与密度峰值搜索算法具有相似的精度的同时,计算复杂度由O(n²)降至O(n). 通过二面角,二级结构,关联图描述的分子构象,将KFDP用于多个模拟轨迹的聚类过程中. 并通过与K-means聚类算法,DBSCAN聚类算法的比较结果,验证了K-means密度峰值搜索算法的优势.     

BUCKLING ANALYSIS OF STRETCHABLE FERROELECTRIC THIN FILM ON ELASTOMERIC SUBSTRATES

The thin stiff films on pre-stretched compliant substrates can form wrinkles, which can be controlled in micro and nanoscale systems to generate smart structures. Recently, buck- led piezoelectric/ferroelectrie nanoribbons have been reported to show an enhancement in the piezoelectric effect and stretchability, which can be applied in energy harvesting devices, sensors and memory devices instead of polymeric polyvinylidine fluoride （PVDF）. This paper studies the buckling and post-buckling process of ferroelectric thin films bonded to the pre-stretched soft layer, which in turn lies on a rigid support. Nonlinear electromechanical equations for the buckling of thin piezoelectric plates are deduced and employed to model the ferroelectric film poled in the thickness direction. Two buckling modes are analyzed and discussed： partially de-adhered buck- ling and fully adhered buckling. Transition from one buckling mode to the other is predicted and the effect of piezoelectricity on the critical buckling condition of piezoelectric film is examined.     

基于应力及能量条件的岩芯饼化机理研究

为研究煤矿中岩芯饼化现象的产生机理,结合开滦矿区赵各庄矿地应力测量过程中的岩芯饼化现象,构建了力学模型;基于拉应力条件和能量理论分别给出了煤矿中饼化现象产生的判据,并结合地应力实测结果,采用理论计算和数值模拟方法对饼化判据进行了验证。研究结果表明:利用空心包体地应力测定方法测定地应力时,岩芯顶部所受摩擦力逐渐减小,在被应力解除的岩芯根部合成出一个指向顶部方向逐渐增大的拉应力,当该拉应力大于岩芯本身抗拉强度时,会出现饼化现象,随着套筒的继续解除,此过程将重复地发生下去;从能量角度来判断,赵各庄矿岩芯饼化现象属于岩芯积聚弹性能的周期性释放,当岩芯集聚的弹性能大于生成饼化岩芯所需能量时,即具备了饼化发生的能量条件,其发生次数由弹性余能来控制,表现为套筒平均每钻进22.1 mm,岩芯将生成一段岩饼。理论验证结果表明,力学模型中岩芯集聚的弹性能足以支持饼化现象发生24次,饼化岩芯的平均厚度为20.8 mm,与实际观测结果基本相符;模拟验证结果表明,套筒每钻进20 mm时,在被应力解除的岩芯根部形成饼状破裂,破裂过程随着套筒的持续钻进而重复发生。     

金属丝网橡胶压缩力学性能研究

对金属丝网橡胶进行了静态压缩试验。利用控制变量法研究了压缩量、相对密度、金属丝丝径、丝材和承压面积对金属丝网橡胶压缩力学性能的影响,并对平均刚度和能量耗散系数随压缩量和相对密度的变化关系进行了研究。试验结果表明:随着压缩量的增加,金属丝网橡胶非线性力学特性逐渐增强;相对密度越大,金属丝网橡胶承压能力越强;金属丝的丝径和丝材主要影响金属丝网橡胶非线性阶段的力学特性,丝径越大,丝材越硬,承压能力越强;承压面积越大,金属丝网橡胶的承压和耗能性能越好;随着压缩量的增加,平均刚度增大,承压能力增强,能量耗散系数减小,减震性能降低;随着相对密度的增加,平均刚度和能量耗散系数均增大,承压能力和减震性能均增强。     

立式太阳模拟器俯视多维调节准直镜机构设计

随着航空航天技术的发展,空间环境模拟的需求增多,太阳辐照模拟也备受关注。目前,较为成熟的太阳模拟器多为卧式太阳模拟器,其准直镜机构多采用拼接形式,而立式太阳模拟器具有节省空间的优势,其发展日趋成熟。根据太阳模拟器的总体要求,设计了一种应用于高辐照立式太阳模拟器的大口径俯视多维调节准直镜机构。根据高辐照、低背景工作环境特点,设计了多维可调节柔性吊装机构。为了提高系统的整体调试性能,采用单块整镜结构设计,降低了结构的复杂性。针对以上设计进行了计算及仿真分析,结果显示,柔性吊装机构可以有效平衡准直镜自身重力及环境温度造成的应力变形,最终满足太阳模拟器辐照度及辐照均匀性的使用需求。     

CoBn(n≤19)团簇结构、电子性质和磁性的密度泛函理论研究

采用密度泛函理论中的广义梯度近似(Generalized Gradient Approximation, GGA)方法, 对不同自旋多重度的CoBn(n≤19)团簇的平衡几何结构、电子性质和磁性进行了研究. 随着尺寸的增加, CoBn(n≤19)团簇最低能量结构从平面结构逐步演变为立体结构, Co从主团簇的外部向内部转移. 团簇最低能量结构的二阶能量差分表明CoB3、CoB7、CoB10、CoB12、CoB14和CoB16团簇较相邻团簇稳定. Co的掺杂增强了硼团簇的化学活性. 最低能量结构中Co的d轨道和B的p轨道存在着明显的杂化. 当n<13, Co处于主团簇的外部时, Co的带电量为正, Co具有磁矩. 当n≥13, Co处于主团簇的内部时, Co的带电量为负, Co的磁矩几乎为零. 团簇最低能量结构的总磁矩主要来自Co的3d轨道的贡献, 且总磁矩随团簇尺寸增大呈现奇偶振荡.     

双向分布水翼周围有势流动时的耗散自由表面解

为浸没于自由表面下部的2维水翼,建立水翼周围作耗散有势流动时的二次积分方程.假设自由表面具有能量的耗散,也就是阻尼的来源.根据耗散Green函数的无旋性近似和水翼表面的双向分布,提出了双向的面元法( doublet panel method).数值计算后得到的结果,与分析解和已有实验数据均吻合得很好.     

非平稳时间序列分析的WAVELET—改进GM(1,1)组合方法及其应用

提出非平稳时间序列分析的WAVELET—改进GM(1,1)组合方法.首先利用Mallat算法对非平稳时间序列进行小波分解;然后采用能量阈值选择策略对高频系数进行处理,并将其与低频系数进行小波重构;最后运用改进的GM(1,1)方法预测.该方法不仅能充分拟合低频信息,而且可避免对高频信息的过拟合.实验结果证明,该方法比传统的非平稳时间序列预测方法具有更高的预测精度.     

烷基环己烷夺氢反应类的动力学研究

应用反应类过渡态理论(RC-TST)研究了氢自由基抽取烷基环己烷氢的反应类,给出了该类反应的动力学参数.通过研究该反应类中的14个代表反应,分析得到了RC-TST方法所需要的各种参数,建立了该类反应的线性能量关系式(LER).应用RC-TST/LER方法计算得到速率常数与TST/Eckart方法计算结果吻合很好,分析表明RC-TST/LER方法对于准确预测夺氢反应类的速率常数十分有效,可以节约大量计算成本.