低频大功率稀土磁致伸缩弯张换能器的有限元设计理论及实验研究:Ⅰ.理论部分

首次分析了磁致伸缩换能器各组件有限单元中的能量关系,由此导出了磁致伸缩换能器有限元设计的动力学方程;计算了Ⅶ型弯张换能器壳体及弯张换能器的振动模态,指出在诸模态中存在一呼吸模式,技能器若是工作在这一呼吸模式上,将能获得较大的体积速度及较高的声源级。     

Terfenol-D超磁致伸缩换能器的有限元模拟

本文研究了利用ＡＮＳＹＳ软件分析磁致伸缩换能器,使这一有限元分析软件能够用于Ｔｅｒｆｅｎｏｌ－Ｄ换能器的分析设计。设计了１４ｋＨｚ Ｔｅｒｆｅｎｏｌ－Ｄ纵向换能器,计算结果与实验结果符合很好。     

磁致伸缩超声换能器阻抗匹配网络的设计

根据磁致伸缩超声换能器的等效电路模型和阻抗匹配理论,该文设计了一种优化的π型匹配网络.该网络具有调谐、变阻和滤波的功能,适用于工作在中低频超声频率范围内的磁致伸缩超声换能器系统的阻抗匹配.仿真和实验结果表明:接入该π型阻抗匹配网络后,驱动电源与换能器之间实现了最大功率传输,换能器两端电信号的波形质量得到优化,换能器激励...     

弓张式超磁致伸缩材料换能器的设计与分析

为了提高超磁致伸缩换能器的作动行程,以获得足够大的发音强度,并使之满足发音装置体积小、装配零件少的要求,结合超磁致伸缩材料（GMM）的优良特性,提出一种基于三角放大原理的弓张式GMM换能器。该换能器以GMM棒作为驱动元件,通过固定弓张结构的一端,将双向输出转变为单向输出,同时利用柔性铰链结构,进一步增大换能器的位移输出。通过分析换能器的工作原理,计算得到其理论放大倍数为2.73,与所建立的有限元仿真模型计算得到的放大倍数2.8相近。制作了试验样机并搭建了相应的试验系统,得到在1 kHz范围内换能器最大输出位移为15.5 m,与仿真结果14.058 m相近。提出的弓张结构实现了换能器的位移放大,相应的分析方法也较好地反映了换能器的输出特性。     

弓张式超磁致伸缩材料换能器的设计与分析

为了提高超磁致伸缩换能器的作动行程,以获得足够大的发音强度,并使之满足发音装置体积小、装配零件少的要求,结合超磁致伸缩材料（GMM）的优良特性,提出一种基于三角放大原理的弓张式GMM换能器。该换能器以GMM棒作为驱动元件,通过固定弓张结构的一端,将双向输出转变为单向输出,同时利用柔性铰链结构,进一步增大换能器的位移输出。通过分析换能器的工作原理,计算得到其理论放大倍数为2.73,与所建立的有限元仿真模型计算得到的放大倍数2.8相近。制作了试验样机并搭建了相应的试验系统,得到在1 kHz范围内换能器最大输出位移为15.5 m,与仿真结果14.058 m相近。提出的弓张结构实现了换能器的位移放大,相应的分析方法也较好地反映了换能器的输出特性。     

四边型弯张换能器特性研究及宽带设计

四边型弯张换能器通常工作带宽较窄,为了提高带宽性能,对四边型弯张换能器振动及辐射特性进行了研究,重点分析壳体结构参数对换能器发送电压响应的影响。根据分析结果提出了拓宽换能器工作带宽的方法,利用有限元软件进行了仿真计算并制作了四边型弯张换能器样机。测量得到在2.4~5 kHz的频率范围内,换能器的最大发送电压响应值达到140 dB,带内起伏4 dB,有限元仿真结果与实验结果吻合较好。研究结果表明设计的四边型弯张换能器不仅能够低频工作,并且可以在小尺寸下实现大功率发射,同时还具备宽带发射特性。     

磁致伸缩材料弱磁场响应特性的实验研究

针对磁致伸缩材料在弱磁场传感器领域的应用需要,采用迈克耳逊干涉原理实验测量了零应力条件下Tb-Dy-Fe材料和Fe-Ga合金的磁场响应灵敏度,以及不同应力下Fe-Ga合金的磁场响应特性和温度响应特性.实验结果表明：在零应力,外加磁场16 mT条件下,Fe-Ga合金的磁场响应灵敏度远高于Tb-Dy-Fe材料,更合适作为弱磁场传感器敏感材料;同时,在1.2 MPa预应力和26 mT偏置磁场下,Fe-Ga合金材料具有较好的磁场响应灵敏度和较大的饱和磁致伸缩系数,因而处在最佳工作状态.所得到的材料的磁场和温度响应曲线可作为弱磁场传感器参量设计的参考依据.     

弯张壳体装配位移的理论计算及实验测量

精确地控制施加于驱动元件上的预应力，对换能器设计有着重要意义，本文结合我们的课题研究工作，用有限元方法，计算了Ⅶ型水声弯张换器壳体给驱动元件施加一定预应力时，壳体所需的装配位称的大小，并通过初步实验作了验证，本文的计算及装配方法，可以推广到其它类型的弯张换能器中。     

道岔尖轨轨底缺陷的磁致伸缩导波监测实验研究*

道岔尖轨在线监测是轨道智慧运维的工程技术难题之一。该文利用开发的磁致伸缩超声导波监测系统,对道岔尖轨开展了轨底缺陷监测实验。首先,分析了温度对导波监测信号特征的影响,波包能量值、传播时间均与温度呈近似正相关;其次,对比研究了基于标定方程和参考基准的两种温度补偿方法,其中参考基准法对信号的补偿效果更佳;最后,利用温度补偿后的特征波包能量值实现了缺陷尺寸逐步扩大过程的有效监测,且波包能量值随缺陷深度的变化规律可以用抛物线方程进行近似描述。上述研究结果表明磁致伸缩超声导波技术可以应用于道岔尖轨轨底缺陷的监测及定量评估。     

弦线受迫振动实验的研究:Ⅱ理论分析

从数学模型分析了本文第一部分得到的实验现象，并给出较合理的物理解释。     

圆锥面PVDF聚焦换能器的非线性声场理论及实验研究

圆锥面聚焦换能器可在超声成像中获得较好径向分辨率的同时提高探测深度.利用高斯声源函数叠加法来近似表示圆锥面聚焦声源的分布函数，结合近轴近似的KZK方程，得到了圆锥面聚焦换能器在损耗媒质中产生的基波、二次谐波声场的解析解.在实验上制作了PVDF圆锥面聚焦换能器，测量了圆锥面聚焦换能器的基波及二次谐波声场，实验结果和理论计算相符.     

稀土离子间反斯托克斯能量传递计算的改进 1.实验及理论基础

从理论和实验上研究了红绿荧光强度反转现象。实验测量发现Er(0.5)Yb(9.5)∶FOV纳米相氟氧化物玻璃陶瓷存在强的红绿荧光强度反转现象,实验测量得到其红绿荧光强度反转动态范围为877,同时计算了Er(0.5)Yb(9.5)∶FOV的所有基础光谱参量,建立了对系统所有稀土离子能级的动力学过程进行数值模拟计算的理论基础。     

大面积负离子束源磁过滤器的设计及实验研究

中性束注入是磁约束核聚变能研究中重要的辅助加热手段。大面积负离子源是中性束注入系统的核心部件。在负离子源工作过程中,负离子的电子结合能非常小(约0.75e V),极易被高能电子破坏。为此需要设计过滤磁场降低电子温度,减少负离子的损失,同时也可以减少伴随引出的电子。根据大面积负离子束源的机械结构,分别设计了永磁体产生过滤磁场和利用等离子体电极(PG)电流产生磁场两种磁过滤器结构;通过有限元算法对产生的过滤磁场进行模拟分析和优化,完成了大面积负离子束源过滤磁场的研制。在负离子束源测试平台开展实验测试,引出区电子温度从5eV降至1eV。这个结果初步验证了大面积负离子束源的过滤磁场的性能,为大面积负离子束源的研制提供了支持。     

利用热镜防止汽车挡风玻璃结霜的理论和实验研究——Ⅰ.理论分析部分

本文对夜间汽车挡风玻璃的结霜问题作了传热分析,并提出采用热镜防止其结霜的办法.文中以合肥市1989年的天气情况为例,计算了普通车窗和热镜车窗的结霜情况,结果表明:前者一年中至少有三十天会结霜,而后者则几乎不结霜。     

利用只读式光盘机提取磁光信息的理论及实验研究

本文以Philips VP—700为对象,利用琼斯矩阵法对只读武光盘光学系统以及光学元件进行了详细分析,提出了在只读式光盘机上实现光磁信息处理的理论模型。根据这一模型,本文进而建立了实验系统。实验结果表明理论分析正确。     

毫秒脉冲激光致硅光电二极管电学损伤的有限元分析及实验研究

为了研究毫秒脉冲激光致硅基PIN光电二极管电学损伤,基于热传导及弹塑性力学理论,在光电二极管内部材料各向同性并且P-I-N三层结构之间满足温度连续和热流平衡条件下,建立毫秒脉冲激光辐照硅基PIN光电二极管二维轴对称模型,采用有限元方法模拟分析了1064 nm Nd:YAG毫秒量级脉冲激光辐照硅基PIN光电二极管的温度场与应力场分布,并实验测量了硅基PIN光电二极管实验前后的电学参数.结果表明,激光辐照硅基PIN光电二极管时,温升使材料表面熔融、烧蚀,并且在空间上存在温度梯度变化,即激光辐照产生的热与应力使光敏面及硅晶格晶键损伤,最终造成光电探测器的探测性能下降.研究结果可为毫秒脉冲激光辐照硅基PIN光电二极管电学损伤机理奠定基础.     

低温蓄冷器流动特性的理论分析和实验研究 第二部分:阻力特性

交变流动蓄冷器流动特性的研究是高频脉冲管制冷机进一步实用化的重要课题之一。文中建立了热线风速仪的低温标定实验台和低温交变流动蓄冷器流动阻力的动态测试实验台 ,并在冰盐温度下和液氮温区进行了实验研究 ,重点研究了液氮温区蓄冷器交变流动的阻力特性 ,给出了充气压力、运行频率、丝网目数、小孔开度对交变流动蓄冷器阻力特性的影响。     

高功率Yb:YAG陶瓷板条激光放大器的理论设计与实验研究

理论设计和制作了Yb:YAG陶瓷板条,通过铟砷化镓(InGaAs)二极管抽运、1030nm种子激光注入以及双程放大,在室温下实现了高功率的1030nm激光输出。种子激光注入功率为1.18kW和总抽运功率为19.98kW时,获得了5.97kW的放大激光功率,光-光转换效率约为24.0%,斜率效率为27.9%。测量了Yb:YAG陶瓷板条的透射波前,模拟了不同耦合效率和温度时的输出功率。实验结果表明,室温下Yb:YAG在高亮度抽运和高亮度种子光注入时可以实现高功率的激光输出。     

具有流动和侧向Helmholtz共振器的驻波管内声场研究Ⅱ.实验验证及结果讨论

利用建立的具有流动和侧向Helmholtz共振器的驻波管的实验装置,成功地证实了作者所作的理论分析,包括有流动驻波管和Helmholtz共振器连接处的间断条件、驻波管末端的反射条件、切向流时Helmholtz共振器声阻抗,并实验确定了末端修正系数和等效半径系数。接着,应用理论分析和实验得到的结果讨论了流动对Helmholtz共振器性能和驻波管声场的影响,结果表明,流动会降低一些消声效果,但在具有流动的驻波管中采用Helmholtz共振器仍然是一种降噪的有效方法。     

低温蓄冷器流动特性的理论分析和实验研究 第三部分:压降因子和摩擦系数

交变流动蓄冷器的压降因子和阻力系数对实际的工程计算、数值模拟及制冷机的设计有重要的意义 ,然而对低温交变流动蓄冷器的阻力特性一直缺乏系统的实验结果。文中给出了低温交变流动蓄冷器的压降因子及液氮温区交变流动蓄冷器摩擦系数的拟合公式 ,并为常温下的实验对比 ,对低温蓄冷器的设计提供了参考