基于数值模拟的SHPB实验数据处理方法（英文）

在分离式霍普金森压杆(SHPB)实验中,可以精确测得加载试件边界上的应力和速度。然而,基于这些测量结果得到一条精确的应力应变曲线有一定难度。根据SHPB实验技术的原理,有3组公式可以处理实验数据,并且3组公式都对波头的选择敏感。由于波动效应的影响以及选择波头的误差,3种方法得到的应力-应变曲线缺乏一致性。为了解决正确对齐波头的问题,编写了三波耦合法的数据处理程序。该方法基于动量守恒,可以得到更可靠的应力-应变曲线。为了证明该方法的正确性,进行SHPB的数值模拟实验。结果显示,利用这种方法可以得到唯一的应力-应变曲线。这种方法可以避免对齐波头时的误差,而传统的两波法或三波法则不能。     

高温SHPB实验温度修正的差分方法

将波在具有温度梯度的波导杆中运动的控制方程离散,利用差分格式编写程序,根据杆上任意一点的应变信号,计算出当波传到杆上其它任意点处的应变信号。设计实验,验证了该方法的正确性。此方法可应用于高温Hopkinson实验中,即:在波导杆上处于室温的某处粘贴应变片,由该应变片采集的应变信号,计算出试件与波导杆接触处的高温区的应变信号,利用此应变信号即可获得高温Hopkinson实验中试件的应力-应变关系。     

基于地质聚合物混凝土的SHPB实验参数控制

为有效地测试地质聚合物混凝土的冲击力学特性,以矿渣、粉煤灰为原材料,制备了高流态的C30地质聚合物混凝土,探索了此类混凝土的霍普金森压杆(SHPB)实验技术参数的控制规律,得到了射弹速度、整形器直径与最佳近似恒应变率之间的关系。结果表明:波形整形技术消除了波形振荡现象,有效地降低了弥散效应;整形后应力波形的前沿升时远远高于传统矩形波的前沿升时,保证了应力的均匀性;通过组合控制射弹速度和整形器直径,实现了恒应变率加载。     

结构钢中绝热剪切带形成与扩展的光学观测与数值模拟

绝热剪切带(Adiabatic Shear Band,ASB)是许多金属材料在冲击载荷作用下发生破坏的主要原因之一,它是近年来冲击动力学和损伤力学研究的前沿和热点。相关的理论研究主要针对一维剪切条件,分析应力、应变、剪切速度、材料热物理和力学性能、初始缺陷大小之间的关系,得到一个由多个物理量组合而成的量来判别材料出现剪切带的难易。ASB的实验主要利用Hopkinson压杆、扭杆、压剪炮等加载技术,研究钛合金、钨合金、高强结构钢等材料的剪切带特征,包括局部温度和变形分布、剪切带出现的阈值等。但是,对剪切带演化过程的在位观察及其动态实时演化的研究还较少见,妨碍了人们对由于剪切局部化而导致的材料破坏机理的深入认识。针对45钢,在Hopkinson压杆上,开展了不同冲击加载条件下剪切带演化过程的在位观察及可视化研究。利用自行设计的高分辨力的光学观测系统和基于数字相关理论的图像处理软件,捕捉了单一试样在冲击加载条件下ASB逐渐形成和扩展的过程。同时,利用LS-DYNA商业程序对试样的冲击压缩过程进行了数值模拟,所得主要结果与实验观测基本一致。     

激光等离子体相互作用中的两级质子加速（英文）北大核心CSCD

研究了激光辐射压驱动的两级质子加速的相关问题。当超短超强激光脉冲与处在背景等离子体前方的薄固体平靶相互作用时,在固体靶后部形成一个电子层-离子层组成的双层结构。在激光的不断推进下,双层结构在背景等离子体里以一定速度传播,可以看成运动在背景等离子体中的电场。这样,在背景等离子体中的质子被这个运动电场捕获并能加速到很高的能量。通过二维PIC模拟方法和理论分析研究了质子加速的相关问题。研究结果表明,被加速质子的最大能量达到20GeV。     

变饱和渗流数值模拟的有限元方法

本文研究时间相关变饱和渗流数值模拟的有限单元法,提出了两种计算系数矩阵的简便方法(影响系数法)。新算法避免了大量的数值积分,极大地减少了数值计算量。两个典型的物理模型被用来检验和阐明本文方法的计算特性。     

混凝土类材料在SHPB实验中惯性效应的数值模拟研究（英文）

分离式霍普金森压杆(SHPB)被广泛应用于测试混凝土类材料在高应变率(10~103 s-1)下的动态增强效应。为更好地理解这类问题,进行了数值模拟研究,采用J2本构模型研究SHPB试验中的纵向惯性效应,线性Drucker-Prager模型研究SHPB试验中的径向惯性效应。研究结果表明:纵向惯性效应不影响动态增强因子;径向惯性效应对动态增强因子有影响,但不是混凝土类材料在高应变率下动态增强因子提高的最主要原因。     

超导磁体失超过程中Quench-Back效应的数值模拟研究北大核心CSCD

Quench-Back是一种诱发超导磁体内产生新的失超区从而加快失超传播的现象.合理利用Quench-Back效应进行失超保护,需要准确理解Quench-Back作用下磁体内部的传热与电磁过程.以实际工程中某超导螺线管磁体为例,建立了失超过程三维瞬态耦合热-电磁-电路模型.整个模型采用两个顺序耦合的子模型实现,子模型一为三维传热模型,子模型二为轴对称电磁-电路直接耦合模型.得到了失超过程电流,热点温度和内电压变化曲线,分析了Quench-Back效应对失超过程关键参数的影响,研究了Quench-Back加速失超传播的具体过程.研究结果表明:Quench-Back效应可以有效控制失超过程中磁体内的热点温度,降低磁体内的过电压;Quench-Back效应与骨架材料,线圈结构和失超起始位置关系密切.     

响应面方法的硅刻蚀工艺优化分析（英文）北大核心CSCD

利用响应面分析方法优化了用于压力传感器硅敏感芯体的刻蚀操作条件。主要考虑了温度、KOH浓度和腐蚀时间三个操作参数,将它们的范围分别设定为40~60℃,0.4~0.48mol/L和5~12.5h,并设定各向异性腐蚀速率为响应值。通过建立二次方模型,分析这些参数的单独影响以及多个操作条件之间对腐蚀速率的相互交叠作用。分析结果表明：模型可以精确预测99%的响应值,相比于腐蚀时间,溶液浓度和工作温度对刻蚀速率的影响更为明显。     

基于IMU的3D扫描仪倾角标定方法北大核心CSCD

3D扫描仪以精度高、速度快、自动处理、稳定性好等优势在场景三维重建、智能制造、自动驾驶、虚拟现实等领域得到了广泛的应用。目前3D扫描仪设备多是安装在三脚架上,容易因为地面不平使得扫描仪的转轴和重力方向产生夹角,最终导致拍摄出的全景图和点云倾斜,成为影响三维重建精度的关键难题。针对该问题,提出一种借助惯性测量单元标定3D扫描仪倾角的方法。该方法利用惯性测量单元输出的加速度信息,通过一个面阵相机建立惯性测量单元和3D扫描仪的联系,将惯性测量单元的加速度信息转到扫描仪的转轴上。利用该信息计算出扫描仪转轴与重力方向的夹角,并将该倾角补偿到生成的全景图和点云中,校正倾斜模型。通过实验对校正前后计算的角度进行对比,实验结果证明倾角测量误差可以控制在0.5°以内。并且经过标定后,精度至少提升20%,验证了整个标定方法的可靠性和准确性。     

基于Excel的海量有序实验数据处理方法研究

主要介绍Excel在处理连续测量的时间有序实验数据中的应用。根据测量得到的海量时间响应数据,实现利用excel处理指定条件下的数据,求取平均值、标准偏差、中间值以及百分位数等。     

MEMS矢量水听器用于潜标系统的可行性（英文）北大核心CSCD

提出将MEMS矢量水听器应用于潜标系统,并进行了大量实验验证其可行性。MEMS矢量水听器是一种新型水下声学传感器,它具有体积小、成本低、一致性高和高灵敏度等优点。将水听器应用于潜标系统,可以大幅降低阵列孔径,进而有效地监测海洋声场的矢量信息。矢量水听器矢量通道的指向性与频率无关,在低频和甚低频同样可以获得良好的空间增益,应用在低频和甚低频领域中,可以有效地解决声纳设备体积庞大的问题。经过对系统样机进行多次室内驻波桶调试和外场湖试与海试,结果表明,该系统能有效检测海底20~1000Hz范围内的声场矢量信号,水听器此时的灵敏度可达-176dB,且具有良好的“8”字型指向性。实验结果证明了MEMS矢量水听器应用在潜标系统中进行海洋声场矢量信息探测的可行性,为MEMS矢量水听器在水下目标探测领域的研究提供了良好的试验平台,并为其工程化应用奠定了基础。     

钢筋混凝土平板冲剪强度的无量纲公式（英文）北大核心CSCD

冲剪研究对钢筋混凝土平板和柱连接之间承载能力的评估以及核电厂中安全壳的安全计算和安全评估有重要意义。先前研究都忽略了跨深比对冲剪强度的影响,且现有设计准则中所用的方程量纲不一致,故大大限制了其使用范围和精度。给出了一个新的无量纲公式,考虑了钢筋数量、钢筋间距和跨深比的影响,可用于预测钢筋混凝土平板在冲头作用下的冲剪强度。结果表明,新方程与已有实验结果吻合得很好,且优于现有设计准则。     

金属导体电阻温度系数实验数据处理方法的比较

基于金属导体电阻温度系数实验数据的特点,我们采用三种不同的数据处理方法:逐差法、最小二乘法和Origin绘图,对实验数据进行了分析处理,并且将三种方法在处理实验数据时的特点做了对比分析。根据我们的分析发现,将Origin应用到大学物理实验教学的数据处理中,不仅能够简单、快捷地完成数据的统计、分析和曲线拟合,而且有利于帮助学生掌握物理规律,更好地提高物理实验教学的效果。     

偏置调幅波调制下的单模激光光强关联函数随时间的演化（英文）EI北大核心CSCD

采用线性近似法计算了单模激光损失模型在输入偏置信号的调幅波时的光强关联函数C(t).发现光强关联函数C(t)随时间t的演化存在多种变化形式(不规则周期递增、递减等多种振荡形式).结果表明:当a0=0.1时,出现平坦的不规则周期性振荡;低频调制信号频率Ω可调整不规则周期振荡的周期;量子噪音强度Q和高频载波信号频率ω能改变曲线C(t)的初始值和周期.     

基于Fourier变换的快速高分辨波前重构方法北大核心CSCD

为实现快速高分辨的哈特曼波前测量,研究了基于Fourier变换的波前重构方法。在软件设计和代码实施基础上进行了时间性能统计分析,采用模拟数据和实际斜率数据进行波前重构,并将重构结果与VMM方法获得的结果进行了比较,分析其误差产生的原因及噪声的统计特性与误差空间分布的关系。仿真和实验结果表明,FTR方法具有从斜率数据准确重构出波前的能力;相对VMM方法FTR拥有更优的时间性能;基于相同的斜率FTR方法重构出波前与VMM方法的差别主要分布在孔径的边缘,在附加在斜率测量上的噪声具有零平均的性质时,最有可能获得一致的波前。     

微型填充式气相色谱柱的制备（英文）北大核心CSCD

为了分离永久性气体及低碳轻化合物,基于MEMS技术,研究制备了一种微型填充式的气相色谱柱。为了增加色谱柱的长度以及深宽比,色谱柱的沟道制备采用了激光刻蚀技术,这种技术可以方便的在玻璃基底上刻蚀出深沟道,这是其他化学腐蚀技术无法比拟的。研制的色谱柱其沟道横截面为1.2mm(深度)×0.6mm(宽度),深宽比为2∶1。实验结果表明,这种微型填充柱,具有较大的样品容量,能很好的实现CO和SO_2的分离。     

严格电磁场波导方法的三维厚胶光刻工艺仿真（英文）北大核心CSCD

无论是在微机电系统(MEMS)还是集成电路(IC)领域,SU-8厚胶光刻已经成为制造高深宽比结构的主流工艺。为了取代昂贵而耗时的光刻实验,一套能够良好预测显影形貌,从而为优化光刻制造提供有效帮助的光刻仿真软件就成为必要而有价值的工具。基于严格电磁场波导法的理论,给出一种针对SU-8光刻胶在紫外光下的三维光刻仿真模型。利用该模型,能很好地预测显影后的光刻胶内光强分布和立体形貌。并完成了一系列仿真和实验结果来验证模型的有效性。仿真结果给出横截面光强分布图和显影立体形貌模拟图形,并与相应的实验结果进行对照。结果验证了本文提出的仿真模型的正确性,并且表明三维混合模型在保证精确性的前提下,较之其他仿真算法运算速度更快。     

S波段6 MeV边耦合电子直线加速器的设计研究（英文）北大核心CSCD

近年来,对紧凑、稳定及可靠型电子直线加速器的需求越来越多,其能量主要分布在几百keV到十几个MeV的范围内,其中需求最多的则是能量在MeV量级的微波电子直线加速器。在这种形势下,中国科学院高能物理研究所正在研制一台S波段6 MeV的边耦合电子直线加速器,本文对基于该加速器的模拟计算研究进行了介绍。EGUN和HFSS分别用来设计电子枪和边耦合加速结构。通过将EGUN计算得到的电子束流参数和HFSS计算得到的三维电磁场分布数据引入到PARMELA中,完成了对该加速器的多粒子动力学研究。模拟结果显示,所设计的加速器完全能够满足设计指标的要求。最终,在考虑束流负载效应的因素后,完成了边耦合加速结构的微波结构设计。