冲击诱导金属铝表面微射流现象的微观模拟

采用嵌入原子势分子动力学模拟方法, 研究了金属铝表面沟槽在冲击下形成微射流的微观过程和动力学性质. 通过对模拟结果的统计分析, 获得了较宽冲击压力范围内微射流形态的变化规律, 以及相应的质量-空间分布和质量-速度分布变化. 基于原子中心对称参数, 分析了样品近表面非晶态转变和卸载熔化过程, 获得了卸载熔化对微射流质量及其分布的影响规律. 研究还发现: 样品熔化之前, 微射流质量与波后粒子速度呈线性增加关系; 卸载熔化出现后, 微射流质量开始迅速增加; 当卸载熔化速度足够快时, 金属强度效应可忽略, 此时微射流质量与波后粒子速度再次表现出线性增加关系.     

微喷颗粒与气体混合过程的数值模拟研究

冲击波作用下金属与气体界面将发生微喷混合现象,即金属表面产生的微喷射物质在气体中的输运过程.提出采用散体颗粒分布代替微喷初始状态,基于气体-颗粒两相流模型对微喷混合现象进行了模拟研究.数值模拟给出了微喷混合的动力学演化过程,分析了初始气体压力和颗粒尺寸因素对混合层的影响规律;在数值模拟中发现了微喷颗粒的气动破碎现象,这可导致颗粒尺度明显减小,成为影响微喷混合演化性质的重要物理因素.本文模拟结果与相关实验结果取得一致,初步表明,气粒两相流模型是模拟微喷混合过程的一种有效方法.     

沟槽角度对金属表面微射流性质的影响

基于光滑粒子流体动力学方法,数值模拟了冲击加载下不同金属表面沟槽微射流现象,重点分析了微射流头部速度及其分布随沟槽角度的变化规律.研究结果发现,喷射系数在沟槽半角为45°附近达到最大,随着角度的增加或减小喷射系数均较小;而最大喷射速度随沟槽角度的增加近似成线性减小变化.详细分析了不同角度沟槽诱发微射流的物质来源变化及其经历的动力学过程,发现随着沟槽夹角增加,射流物质来源由沟槽两侧逐步向沟槽底部过渡,当沟槽半角在45°附近,形成射流的物质在沟槽底部和两侧近似均匀分布.     

多晶氧化物薄膜及复合膜系应力模型

基于膜层结构的弛豫现象,建立了一个多晶膜的应力演化模型,并通过线性组合给出了复合膜的生长应力模型。利用双光束基底曲率测量装置实时测量了电子束蒸发氧化铪、氧化硅多晶膜及其复合膜的应力演化过程,并对测量结果进行了拟合分析。     

长脉冲激光作用下薄膜表面鼓包的形成机理

 在光学薄膜的激光损伤实验中,可以在显微镜下观测到激光辐照引起的尺寸较大、形状对称性很好的鼓包。从杂质气化的角度,应用弹性力学的球壳受压膨胀模型,分析薄膜表面鼓包的形成机制,同时得到了相应情况下薄膜的损伤机制。结果表明,半径越大杂质在激光辐照下越容易引起薄膜破坏,填埋得越浅的杂质也越容易引起薄膜破坏。杂质诱导破坏机制下,薄膜的裂纹首先出现在杂质附近的薄膜基体中。在薄膜中出现裂纹的临界状态时,半径越大、填埋得越深的杂质所引起的鼓包尺寸越大、高度越高。这种热力耦合模型,弥补了现有理论的不足,进一步完善了现有理论。     

高光洁度玻璃基片的表面散射和体散射测量

 提出了一种利用总积分散射（TIS）测量K9玻璃基片表面散射和体散射的实验方法。首先采用磁控溅射技术在基片表面沉积厚度为几十nm的金属Ag薄膜,然后将基片的表面和体区分开考虑,通过TIS测得了基片上下表面的均方根粗糙度, 进而求得基片的总散射和表面散射,最后计算得到了体散射。分别利用TIS和原子力显微镜（AFM）测量了3个样品上表面所镀Ag膜的均方根粗糙度,两种方法所得的均方根粗糙度的数值相差不明显,差值分别为0.08,0.11和0.09 nm, 表明TIS和AFM的测量结果相一致。利用该方法测得3块K9玻璃基片的总散射分别为6.06×10^-4,5.84×10^-4和6.48×10^-4,表面散射介于1.25×10^-4~1.56×10^-4之间,由此计算得到的体散射分别为3.10×10^-4,3.30×10^-4和3.61×10^-4。     

超声清洗与激光预处理对减反膜阈值的影响

 研究了超声清洗和激光预处理两种后处理手段对减反膜的损伤特性的影响。采用电子束蒸发技术制备了1 064 nm减反膜,利用超声清洗及激光预处理的方法分别对样品进行处理,并对处理前后的样品分别进行激光损伤阈值测试及破斑深度测量。结果表明：处理后减反膜的损伤阈值均有所提升,但激光预处理的阈值增强效果更加明显;超声清洗前后的破斑深度没有大的变化,而激光预处理后的破斑深度比处理前浅得多;原因在于超声清洗只能去除表面杂质,激光预处理可减少和抑制膜层内较深处的缺陷。     

梯形介质膜光栅衍射特性分析

基于严格耦合波理论建立了梯形介质膜光栅的衍射机理模型,利用该模型讨论了底角为70°的梯形介质膜光栅-1级的衍射行为.通过对梯形介质膜光栅的占空比、槽深和剩余厚度的优化,设计了应用于1053 nm和51.2°角度入射的梯形介质膜光栅.对于顶层为HfO2的介质膜光栅,当槽深为200 nm,剩余厚度为100 nm,占空比为0.35时.其衍射效率优于99.5%,而对于顶层为SiO2的梯形光栅,为获得99.5%的衍射效率.其槽深为800 nm,剩余厚度为320 nm.而且,获得同样的衍射效率,顶层为HfO2的梯形光栅具有更宽的光谱特性.数值计算表明,严格耦合波理论模型对梯形介质膜光栅衍射效率的计算具有很好的收敛性和稳定性.     

高平滑度自由曲面激光束整形透镜设计

利用泊松网格优化算法设计了激光束整形自由曲面透镜，通过4次迭代，目标面的网格分布就接近于最优分布。使用该最优的目标面网格，基于输入光束与输出光束之间的能量映射关系，计算自由曲面各采样点的法向矢量，基于泊松面形构建算法获得自由曲面矢高，从而构建自由曲面透镜。为了验证所提方法的可行性，针对正方形目标面和矩形目标面分别设计了自由曲面透镜，这两种透镜在目标面上的辐射照均匀度分别达到91%和93%。为了验证自由曲面的平滑性，使用一个6阶9项多项式进行拟合，拟合后的均方根误差达到1.394×10^-3，表明所设计的自由曲面具有很高的平滑度。使用拟合数据建立自由曲面透镜，其目标面辐照均匀度几乎保持不变。采用随机统计分析方法对自由曲面透镜装配公差进行分析，结果表明在给定的公差范围，大部分样本的辐照均匀度保持在88%左右。     

基于分布式拍卖机制的多移动机器人动态任务分配算法

任务分配是多移动机器人调度系统的关键问题之一,为了提高任务整体完成效率,提出了一种基于分布式拍卖机制的多移动机器人动态任务分配算法.该方法对机器人群体采用分布式控制方法,彼此共享且动态更新任务集,采用分布式的拍卖机制竞拍任务,增加了调整任务执行顺序环节,考虑任务整体完成效率,最后在Linux系统下搭建了多机器人和障碍物的仿真环境.结果表明,该算法分配效率高于线性(CLP)算法和混合整数求解(CBC)算法,且具有稳定性,相比执行效率高的深度强化学习(DQN)算法和空缺链(VC)算法,执行效率稳定,移动代价降低了55%,实现了较高执行效率和低移动代价之间的平衡,可应用于实际仿真环境,具有可行性.