考虑挠曲电效应的压电纳米薄板力-电-热耦合特性研究

挠曲电效应是由应变梯度引起的,与尺度相关的力电耦合效应.基于Kirchhoff板假设和挠曲电理论,论文推导了温度和电压作用下的压电薄板力-电-热耦合微分控制方程,定量分析了微分控制方程中非线性项的影响,并针对四周固支压电薄板采用Ritz法求解,数值计算了压电薄板的弯曲和振动行为.在研究温度和挠曲电效应对薄板耦合特性和力学行为的影响时,论文分别考虑了材料系数不随温度变化和随温度线性变化两种情况.以PZT-5H为例,作者讨论了挠曲电和温度对压电薄板的横向位移和固有频率的影响.研究结果表明挠曲电效应对压电纳米薄板的力学行为影响很大,且具有明显的尺寸效应.此外,薄板对温度变化非常敏感.因此,可通过挠曲电效应和温度来调控压电纳米薄板的多场耦合特性和力学行为,进而优化基于压电薄板的NEMS/MEMS中传感器、作动器等电子器件的性能.     

基于离散元模型的土石混合体直剪试验分析

土石混合体是由高强度块石和低强度土体组成的一类特殊工程地质材料,其力学性质可通过直剪试验进行确定.论文针对土石混合体的细观材料特性,分别采用球形颗粒单元和非规则组合颗粒单元模拟土体和块石材料,对其在不同含石量和颗粒粘结强度下的直剪试验过程进行离散元分析.计算结果表明,土石混合体的抗剪强度随着含石量和粘结强度的增加而增加;通过不同法向应力下直剪试验的离散元分析,确定了不同含石量下土石混合体材料的内摩擦角和粘聚力.论文研究结果有助于进一步揭示土石混合体的抗剪强度特性.     

光纤激光共孔径光谱合成实现5 kW高效优质输出

采用多层介质膜衍射光栅实现多路高功率光纤激光共孔径光谱合成有望成为光纤激光同时实现高功率、高效率和高光束质量的最具发展潜力的技术途径。搭建了一套基于双光栅色散补偿设计的5 kW共孔径光谱合成系统。采用国产多层介质膜衍射光栅实现了5路kW级窄谱子束激光的高效优质共孔径光谱合成,最大输出功率达5.07 kW,光束质量因子(M2)小于3,合成效率达到91.2%。初步研究表明：多层介质膜衍射光栅在较高功率水平、较宽光谱范围内均能保持较高衍射效率,是实现高功率光纤激光高效率光谱合成的重要器件;参与合成的子束自身的光束质量水平和线宽是影响合成输出光束质量的重要因素,光谱合成系统的输出功率主要受限于窄谱子束的输出功率和合成路数,增加窄谱子束的功率或合成路数均可进一步提升系统的输出功率。     

CAEP XFEL波荡器束线初步物理设计

中国工程物理研究院计划开展XFEL光源的研制,主要通过电子束在波荡器中的辐射特性产生硬X射线。根据理论分析和数值模拟,在电子束最高能量可达12 GeV的实际条件下,初步设计了一条间隙可调的真空外波荡器束线,波荡器分为25段,每段长3.86 m,间隙7~10 mm,周期长度25.4 mm,磁场0.636~1.03 T,束线总长120 m左右,辐射光子能量为3~25 keV。     

基于X光微点源的半影成像技术

基于X光微点源装置,从实验角度验证了半影成像的原理。利用针孔成像,直接测量了微点源源区图像;给出了半影孔成像、半影锥成像和环孔成像原理,以及在微点源的半影成像结果和维纳滤波重建结果。从实验结果可知：半影锥成像具有与半影孔成像相同的诊断能力,两种方法的重建图像尺寸与源尺寸一致;环孔成像的诊断能力更好,重建图像的尺寸和形状更接近源图像。     

电磁发射器轨道磁锯效应的数值模拟

电磁轨道发射器轨道表面裂纹引起的磁锯现象严重制约着发射器的使用寿命。为了更好地分析这种现象,建立了二维情况下的磁扩散方程和热传导方程。结合有限元软件COMSOL Multiphysics中的固体力学模块,对轨道表面裂纹处的电磁、热和力学行为进行了仿真分析。求解过程考虑了材料参数随温度的变化。结果表明,电流在裂纹处绕行,引起尖端局部电流密度过大是导致磁锯效应的重要原因。加载电流峰值为0.8 MA时,裂纹尖端处最大电流密度可达1010 A/m2量级。此外,对裂纹形状的分析表明,裂纹尖端张角越小,电流的聚集现象越严重,产生的温升也越大。     

奇异值非线性修正的低对比度红外图像实时增强

由于场景中目标与背景的温差相对较小,红外图像会存在对比度低、视觉效果差的问题,针对这一问题,提出一种基于奇异值非线性修正的红外图像对比度实时增强方法。该方法首先对红外图像进行奇异值分解得到其原始奇异值,然后采用一个对数型非线性变换对图像奇异值进行优化,最后根据修正的奇异值重构出对比度增强的红外图像。利用对数型非线性变换修正图像奇异值不仅能够有效拉伸奇异值的动态范围,同时可优化奇异值的变化梯度,使图像的能量信息得到更充分地表达,改善红外图像不良的视觉效果。实验结果表明,该方法较几种对比方法在视觉效果和客观评价方面均具有更优的增强性能;同时体现出良好的实时性,为实现红外图像的实时增强提供了新途径。     

夹层式光纤激光水听器探头优化设计

为改善分布反馈式(DFB)光纤激光器水声探测性能,利用有限元软件ANSYS,以相对加速度灵敏度为目标函数,结构尺寸参数为设计变量,结构第一阶固有频率和探头声压灵敏度为状态变量,对夹层式封装结构进行了优化设计,对其声压探测及抗加速度机理进行了分析。分析表明,基于优化结果设计的探头在采用100 m非平衡干涉仪时,其声压灵敏度约为-135.1 dB,相对加速度灵敏度可达到-19.6 dB。结果表明,基于封装结构敏感部分分别承受声压激励和加速度激励时的不同响应机理,对夹层式封装结构关键部位尺寸进行优化设计后,通过合理选择承压梁与中间变形梁的厚度以及上下连接点的位置,封装制得的光纤激光水听器具有较高的声压灵敏度和良好的抗加速度性能。     

13 μs,200 ns和2 ns脉冲电场对酵母菌杀灭效果分析

研究了脉冲宽度对高压脉冲下细胞膜和细胞器膜跨膜电压的影响及细胞膜能量的变化,以及13 s,200 ns和2 ns脉冲对酿酒酵母（CICC31180）杀灭作用时脉冲数的影响。结果表明,随着脉冲数增加,13 s,200 ns和2 ns脉冲对啤酒酵母的灭杀效果均增强。在13 s脉宽,14 kV电压和50个脉冲数下,酵母达到最小存活率-4.3个对数;在200 ns脉宽,40 kV电压和500个脉冲数下,酵母达到存活率-2.6个对数;在2 ns脉宽,200 kV电压和500个脉冲数下,酵母达到存活率-2.8个对数。三种脉冲对酵母菌杀灭的存活率对数与脉冲数的关系表现不是线性的,脉冲数增加到一定程度,存活率下降变缓。在同等灭杀效果-2.0个对数下,2 ns脉冲比13 s脉冲在同轴电极中损耗的能量更少。     

实时单发测量的汤姆逊离子谱仪

介绍一种使用闪烁体耦合电子倍增电荷耦合器件（EMCCD）的方式对离子进行记录的汤姆逊能谱仪,可实现对离子能谱的实时单发测量。同时,该谱仪利用倾斜电极板对离子进行偏转,可减少由于离子打在电极板上产生的电磁噪声,能够提高实验结果的信噪比。该谱仪在北京大学4.5 MV静电加速器和26 MV串列加速器上进行了标定实验,测量了闪烁体将离子转化成光子后的探测效率,实验结果也验证了该谱仪的可行性和稳定性。该汤姆逊谱仪将用于北京大学激光加速器CLAPA对离子束流的测量研究。