相变传热问题的灵敏度分析与优化设计方法

研究了相变传热问题的优化设计及其灵敏度分析方法. 在有限元-时间差分和等效热容 法求解相变温度场的基础上，提出了相变温度场对设计变量一阶灵敏度的计算方法，给出直 接法和伴随法两种计算格式并分析了它们的特点，建立了相变温度场优化的模型和算法，在有限元分析与优化设计软件JIFEX中实现了该方法. 数值算例表明了灵敏度计算的精度和优 化方法的有效性.     

不同中心波长飞秒脉冲激发InAs表面辐射太赫兹波的机理研究

研究了p型(100)InAs在不同中心波长飞秒激发光(750—850nm)作用下的太赫兹(THz)波辐射特性.这种太赫兹辐射的光谱性质与光学Dember效应密切相关,飞秒脉冲激发下产生的载流子在InAs表面的Dember场内做加速运动,从而辐射出THz电磁波.实验结果表明：不同中心波长的激发光作用下,InAs表面产生的Dember电场、光生载流子浓度、谷间散射效应以及处于不同状态的载流子数目都发生了变化,因而激发出太赫兹波的功率、振幅、频谱分布和有效谱宽是不同的.这项研究将有利于THz时域光谱技术以及实验     

L-阿拉伯糖指纹区太赫兹光谱和拉曼光谱的研究

为了解生物体内L-阿拉伯糖在代谢过程中的合成与降解机制,采用太赫兹和拉曼光谱系统,对其指纹区的振动进行检测。结果表明,L-阿拉伯糖太赫兹图谱在频率49.5和72.2 cm-1分别检测出了振动吸收,其中72.2 cm-1的振动为首次检出。该振动频率与其折射率图谱反常色散的频率基本一致,故这两个振动吸收可以作为L-阿拉伯糖的特征吸收。最为重要的是,在该频域内,检测得到图谱的波型与三种异构体理论值简单叠加后波型极为相似,故可以初步判定样品含有三种构象异构体(α-型、β-型和l-型结构),非单一组分,而是混合组分;对于拉曼图谱而言,其特点简洁而明晰,一般将指纹区的振动,从高到低分为四个区域：吡喃环结构的伸缩振动、亚甲基的摇摆振动、环上羟基的扭曲振动及环骨架扭曲和畸变振动。同时也根据密度泛函理论B3LYP/6-311G**基组,分别对L-阿拉伯糖的三种构象异构体的振动进行模拟计算,利用势能分布对这些振动进行归属和指认。与理论值相比,振动频率检测值有不同程度的红移,即振动频率向低频发生了偏移,其原因是样品内不同分子间相互影响所致。     

小阻尼封闭空间声压级灵敏度分析与优化设计

本文研究了小阻尼界面封闭空间低频声学有限元分析、灵敏度分析和优化设计问题。分别用模态法和直接法计算了封闭空间内声压级响应，并推导了声压级响应对声空间边界形状控制参数的灵敏度分析公式，在此基础上建立了小阻尼空间声学问题的优化模型，同时给出了优化求解算法，并在JIFEX软件中进行了程序实现。本文提出的灵敏度分析和优化设计方法可以使声场的边界布局更为合理，从而达到改进小阻尼界面封闭空间声学性能的目的。数值算例验证了本文提出的灵敏度分析和优化算法的有效性。     

烟酸和烟酰胺及烟碱的太赫兹光谱研究

研究了室温条件下结构相似的烟酸和烟酰胺以及烟碱的太赫兹光谱。测量了它们的时间分辨光谱,通过傅里叶变换获得了它们的频谱,从而得到了频谱响应和折射率色散关系。实验结果表明, 烟碱在太赫兹波段无明显的特征频谱响应,而烟酸和烟酰胺在太赫兹波段存在明显的特征频谱响应。用密度泛函理论(DFT)计算了烟酸和烟酰胺的太赫兹频谱,对它们的吸收峰产生的原因做了初步分析,认为烟酸吸收峰的产生是由于分子内部的扭转和摇摆所造成的,而烟酰胺的吸收峰(除1.93 THz以外)是由于分子间的相互作用和光声子模式而造成的。结果表明,数值模拟和实验结果相结合,可以用来分析烟酸和烟酰胺的分子结构和分子振动模式。     

考虑声辐射特性的结构优化设计

传统的结构动力优化设计没有考虑声辐射特性,而随着人们对环境舒适度要求的提高,降低声辐射水平成为人们越来越关心的问题。本文首先给出了用有限元方法计算结构动力响应,边界元法计算结构声辐射特性的方程,在此基础上重点建立了结构声辐射优化设计模型,同时用序列二次规划算法进行了优化求解。在JIFEX软件中实现了上述理论和算法,并通过优化设计的数值算例,进一步说明了本文的研究方法能够有效的降低结构声辐射水平。     

RKDG有限元法求解一维拉格朗日形式的Euler方程

描述一种新的求解Euler方程的拉格朗日格式,该格式用Runge-Kutta Discontinuous Galerkin(RKDG)方法在拉格朗日坐标系求解Euler方程,剖分网格随流体运动.新格式不仅保证流体的质量、动量和能量守恒,而且能够在时间和空间上同时达到二阶精度.数值算例表明在一维情况,随着拉氏网格的移动和改变,格式在时间和空间上仍保持二阶精度,并且没有数值震荡.     

局部间断Petrov-Galerkin方法在大气污染模型中的应用

构造数值模拟两类大气污染模型的局部间断Petrov-Galerkin方法.首先通过变量代换将大气污染模型方程转化为与之等价的一阶微分方程组,再利用间断Petrov-Galerkin方法求解微分方程组.该方法既可以选取不同的检验函数和试探函数空间,又可以保持间断Petrov-Galerkin方法的优势.同局部间断有限元方...     

桁架结构截面优化设计的改进模拟退火算法

将模拟退火算法应用于桁架结构截面尺寸优化设计,提出若干方法改进了算法的鲁棒性、计算效率和求解精度。通过一批经典问题,同时与传统结构优化算法和遗传算法进行了比较。数值结果表明,本文的改进模拟退火算法具有很高的优化求解精度,计算效率有显著提高且优于遗传算法,有望在结构优化设计问题中发挥其特点。     

高Q值太赫兹传感器的设计与性能仿真分析

本文设计了一种非对称金属十字单元结构，该结构由沉积于石英基底上的两个相互垂直共面金条构成。传统的金属十字结构中常用的LC谐振和偶极子谐振的辐射损耗较大，限制了超表面传感器实现高品质因子和高透射率，故通过打破传统金属十字结构的对称性，引入类Fano共振效应，从而使得透射峰灵敏度达到了218 GHz/RIU,传感器的品质因子达到了78.3。通过分析该超表面的电场和表面电流分布，探究了Fano共振效应的物理机制，并进一步研究太赫兹传感器的结构参数对透过谱的影响，通过调整结构参数优化该传感器的传感性能。最后，设计了具有不同共振频率的非对称金属十字太赫兹传感器以便后续用于不同种类的微量氨基酸溶液的检测。