介质覆盖金属光栅混合表面等离子模式光学特性研究

采用时域有限差分法与耦合模理论,研究了介质覆盖金属光栅表面等离子混合模式的光学共振特性。研究结果表明,在所研究的结构中,覆盖介质支撑的混合表面模式与金属光栅所支撑的表面等离子模式相互作用引起抗交叉效应;利用耦合模理论,对此系统的反射特性进行了建模研究,得出了减小吸收的条件。此耦合系统的所有光学特性都采用了时域有限差分法进行验证,理论结果与数值模拟结果一致。     

基于瑞利波法对混凝土表面裂缝检测的数值研究

基于瑞利波及衍射纵波的传播时间差法,利用有限元法分析了瑞利波在含不同长度及角度裂纹的混凝土介质中的传播规律,提出了混凝土介质中表面裂缝长度和角度的计算公式,并验证了数值模拟结果的准确性。研究结果表明：在传播过程中,瑞利波一部分沿着介质表面（含裂纹表面）传播,另一部分在裂缝尖端发生模式转换,形成衍射横波和衍射纵波,弹性波传播到介质边界时被粘弹性人工边界全部吸收,消除了反射波的影响;表面裂缝长度和角度的计算结果误差基本在5%以下,只有个别数据误差较大,在一定范围内,随着裂缝长度和角度值的增大,计算结果的准确度越高。     

表面粗糙度对轮轨黏着特性影响

水油介质下极易发生轮轨低黏着现象,结合轮轨黏着试验和根据二维滚动接触理论和部分弹流润滑理论建立轮轨黏着数值仿真模型,给出了水油介质下轮轨表面粗糙度对轮轨黏着系数和增黏的影响规律,验证了数值仿真模型的有效性.结果表明:水介质下随蠕滑率增加黏着系数呈先快速增加后小幅减小并稳定的变化;水、油介质下随表面粗糙度增加轮轨黏着系数呈增加趋势;水介质下轮轨表面粗糙度从1μm提高到50μm,黏着系数增加126.5%,油介质下轮轨表面粗糙度从5μm提高到20μm,黏着系数增加61.4%.     

一维吸收型光子晶体的双稳态特性

利用传输理论研究了光在一维吸收型光子晶体中的传输特性,掺杂层是饱和吸收的非线性介质。基于非线性介质透过率的感应变化,研究了光子晶体的光学双稳态特性,给出了输入-输出光强之间满足的解析方程。研究表明系统中要出现双稳态现象,饱和吸收系数必须超过一定的数值,并由此研究了产生双稳态的入射光阈值强度的变化规律。     

三维辐射直接交换面积的简化计算

考虑参与介质的散射作用,给出三维散射介质中辐射直接交换面积的广义对称性以及以形心距为线索的辐射直接交换面积的简化计算方法,模拟计算了含有散射介质的三维系统辐射直接交换面积.数值模拟结果表明,与忽略介质散射作用的简化描述相比,容积单元-容积单元的辐射直接交换面积增大,表面单元-表面单元的辐射直接交换面积降低.     

泥石流数值模拟方法研究进展

泥石流作为一种多相混合介质,所包含的物理过程和动力学特征非常复杂。针对泥石流问题的数值模拟方法随着数值计算方法和物理计算模型的发展而发展,基于物理过程的数值模拟方法为探究泥石流复杂物理现象背后的机理提供了一种有效手段。回顾了求解泥石流动力问题的数值模拟方法,从连续介质计算方法、离散介质计算方法和混合介质计算方法3个方面分析了不同数值模拟方法的特点和适用情况,介绍了在泥石流分析中常用的数值模拟软件及其特点,展望了求解泥石流动力学问题的数值模拟方法的发展趋势。结果表明:传统的基于网格的计算方法已有长足发展和较长的应用历史,相对比较成熟,但是在处理大变形、快速运移的自由表面流问题时,存在网格容易畸变等问题;基于粒子的计算方法在处理上述问题时无需网格的划分和维护,易于确定自由表面位置和多相间的界面,但存在边界条件处理困难等问题;混合介质计算方法在较小尺度范围内对固体颗粒物质与液相相互作用机理进行探讨时具有重要作用。     

考虑炉气散射特性的加热炉内辐射换热分析

考虑加热炉内燃烧产物的散射作用,借助辐射换热网络分析法,给出了吸收、发射和散射介质中炉膛系统黑度及辐射换热的基本公式,模拟计算了散射介质中系统黑度的变化.数值模拟结果表明,与忽略介质散射作用的简化描述相比,散射使得系统黑度值降低,炉膛总换热强度减弱.介质的散射作用越强,忽略介质散射导致的误差越大.     

油介质下轮轨粘着特性数值分析-研究生论坛

基于二维滚动接触理论和部分弹流理论,建立了微凸体接触情况下的稳态部分弹流数值模型,运用多重网格法对油介质工况下的轮轨黏着特性进行数值仿真研究。利用所建立的数值仿真模型研究了轮轨接触压力分布情况,分析了滚动速度、载荷、轮轨表面粗糙度等参数对轮轨黏着特性的影响。结果表明:油介质条件下轮轨接触区的宽度比干态下要宽,是干态下接触区宽度的1.5倍左右;油介质下的轮轨黏着系数明显小于干态下的黏着系数;轮轨黏着系数随着速度的增加逐渐减小,随接触压力的增加而降低,随轮轨表面粗糙度的增加而增大。     

相位移法高频补偿稳定性研究

地震波在实际介质中的传播机制与其在理想弹性介质中不同,此时其携带的机械能被部分存储、部分耗损,使得地震波发生频散现象,在近地表疏松介质中这种吸收效应更为强烈,造成大沙漠区地震勘探得到的资料分辨率降低.为了有效提高地震资料的分辨率,对疏松介质的吸收效应进行合理补偿势在必行.但其能量补偿因子是一与频率有关的幂函数,随着地震波传播距离增大和频率提高而急剧加大,计算过程不稳定,进而产生大量人为假象.通过数值模拟研究了计算不稳定性的形成机制,在前人研究基础上,提出了保持计算稳定性条件.数值模拟和实际资料处理结果表明,在保持数值计算过程稳定、高频信号不发生畸变的前提下,应用相位移法可以最大限度地恢复被地层吸收、衰减的有效高频信号,合理地提高了地震资料的垂向分辨率.     

表面复合材料的光散射研究

本文研究了一种表面复合材料的光散射问题。运用修改过的有效介质理论及多层膜理论计算了这种表面的反射率谱,并将结果与实测值进行了比较。从而说明了复合材料中各参量是如何影响表面复合层的反射及吸收特性的。     

调控EIT气体折射率实现对布儒斯特角的控制

提出了电磁感应透明（EIT）介质的一个新的相干操纵应用：控制电磁感应透明气体折射率实现对布儒斯特角的调控。将一定密度的EIT原子气体充入2块玻璃材料中,计算表明光从玻璃入射EIT原子气体的布儒斯特角随外控制场而变。通过改变控制光的拉比频率等场外参数即可达到对布儒斯特角的调控。     

近地表疏松介质吸收补偿的数学模拟研究

为有效提高地震资料的分辨率,定量研究地震波在疏松介质中的吸收效应及补偿条件尤为重要.根据塔里木盆地针对性施工的微测井原始资料,采用频谱比法计算表层品质因子的分布规律;应用地震波在粘弹性介质中的传播机制,符合线性吸收机制原理,采用相移法在频率-空间域对地震波在疏松介质中的传播,进行正演及吸收衰减补偿的数学模拟.结果表明:疏松介质对地震波的高频吸收衰减,只有在特定的表层地震地质条件下,才能通过后续补偿处理得以恢复,给出了完全补偿这种吸收衰减效应的条件,为沙漠地区地震资料分辨率的合理上限提供了理论模拟数据.     

基于UWB源的二维地电模型FDTD正演模拟

采用FDTD(Finite Difference Time Domain)数值模拟方法及CPML(Convolutional Perfect MatchedLayer)吸收边界条件,建立了空气—地下半空间的简单地电模型,分别以UWB(Ultra Wide Band)信号和宽带信号作为发射源,模拟了不同形状(方形、圆形)异常体模型的正演情况。结果表明UWB信号作为发射源的正演模型、能量图能清晰地反映异常体的位置和形状,能区分异常体的电性特征;而宽带信号作为发射源的正演模型只能大致看出空气土壤分界面,不能较好地分辨出异常体,其相应的能量图具有不规则的多个脉冲,也不能反映异常体的形状位置特征。方形、圆形组合模型的正演结果进一步体现了超宽带信号高分辨率的特点,为更好地识别地下异常体,以及地电模型的反演提供了有利的依据。另外,CPML吸收边界条件的应用消除了入射到截断边界处波的反射。     

The film-forming behavior on the interface between air and hydrosol of Fe<Subscript>2</Subscript>O<Subscript>3</Subscript> nanoparticles

The film forming behavior on the interface between air and hydrosol of Fe₂O₃ nanoparticles was investigated by the surface pressure-time isotherms, the surface pressure-trough area isotherms, Brewster angle microscopy and transmission electron microscopy. It is found that the freshly prepared hydrosol of Fe₂O₃ nanoparticles is not stable. The surface pressure increases with the aging time and finally approaches a constant, and the smaller the concentration is, the smaller the surface pressure is stabilized at and the shorter the time the hydrosol reaching stable needs. The surface pressure also increases with compression until collapsed, and the longer the hydrosol is aged, the higher the collapsing pressure is. A uniform and compact film composed of nanoparticles with an average diameter of about 2–3 nm on the air-hydrosol interface is observed by Brewster angle microscope and transmission electron microscope. Funded by the National Natural Science Foundation of China (50672089), the Encouraging Foundation for the Scientific Research of the Excellent Young and Middleaged Scientists in Shandong Province(2006BS04034)     

基于P_n近似方法的消防水幕辐射传输模拟分析

水幕系统对火焰辐射衰减问题包含了气体、水滴粒子、不完全燃烧产生的炭黑粒子等吸收、散射以及液滴蒸发吸热等过程。针对此问题,本文首先采用Mie散射理论与有效介质理论相结合,建立了水滴粒子以及炭黑掺杂混合液滴的吸收散射特性参数计算模型;在此基础上,考虑燃气辐射吸收作用,采用球谐函数法构造了多层半透明水幕介质的辐射传输计算模型。利用该模型分析了载液量、液滴粒径、水滴蒸发、粒子混合等因素对辐射衰减能力的影响。     

一维带限Weierstrass分形分层介质粗糙面电磁散射研究

运用微扰法研究了平面波入射分层介质粗糙面的电磁散射,推出了不同极化状态下的双站散射系数公式．采用一维带限Weierstrass分形粗糙面来模拟实际分层介质粗糙面,结合其功率谱导出了平面波入射时的双站散射系数计算公式．通过数值计算得到了HH极化下双站散射系数随散射角的变化曲线,讨论了分维、空间基频、标度区间、底层介质介电常数、中间介质介电常数和厚度、粗糙面高度起伏均方根及入射波频率对双站散射系数的影响,得到了平面波入射一维带限Weierstrass分形分层介质粗糙面散射系数的分形特征、基本特征、分区特征和随频率变化的特征．     

多点成形过程中弹性介质对成形质量的影响

应用动态显式有限元算法对使用弹性介质的多点成形过程进行数值模拟研究，分析成形过程中产生的压痕缺陷．弹性介质的厚度和弹性模量等参数是影响成形性能的重要因素；对不同厚度和弹性模量的弹性介质在成形过程中对压痕的抑制作用进行对比分析，探讨合适的弹性介质参数．     

Improved quasi-static effective medium model of the electromagnetic band gap (EBG) high-impedance surface

For the complex electromagnetic property of the electromagnetic band gap (EBG) high-impedance surface, an improved quasi-static effective medium model is proposed, which makes a quantitative relationship among the geometry, medium properties and the electromagnetic properties of the EBG high-impedance surface. The macroscopic interaction of the wave with the EBG high-impedance surface is equivalent to that of the wave with an effective medium when the wavelength is large compared with the dimension of each cell of the high-impedance surface. With the effective medium model proposed by quasi-static electromagnetic theory, designs of the high-impedance surface and its application system such as antenna system can be implemented separately. Some numerical simulations and experiments of practical high-impedance surfaces are given to illustrate the applications and validity of the proposed model.     

一维带限Weierstrass分形粗糙面透射波散射系数特征研究

采用一维归一化带限 Weierstrass函数模拟一维分形粗糙面,根据微扰法研究了粗糙面下方介质2中的电磁散射,结合分形粗糙面的自相关函数和功率谱导出了不同极化状态下一维带限Weierstrass分形粗糙面透射波散射系数计算公式．通过数值计算得出了不同极化状态下一维带限Weierstrass分形粗糙面透射系数的分形特征、基本特征、分区特征和随频率变化特征．结果表明分维、粗糙面高度起伏均方根和入射波频率对分形粗糙面透射波散射系数有显著影响,在其他条件不变的情况下,分维越大、粗糙面高度起伏均方根越大、入射波频率越大,透射系数就越大．