三维粗糙面散射中IRBC的FFT加速算法

对于粗糙表面等以平面结构为主体的散射问题,迭代Robin边界条件( IRBC )残值计算最耗时的部分是结构上方大范围的平面虚拟边界。为减少运算量,加快计算速度,将IRBC的积分方程转化为二维卷积形式,导出快速傅立叶变换加速计算的公式。通过有限元法数值模拟三维随机粗糙表面的电磁散射,验证了方法的精度与效率。     

高斯粗糙表面涂覆目标太赫兹散射特性

采用基于基尔霍夫近似的物理光学方法,研究了具有高斯粗糙表面的涂覆目标太赫兹散射特性．基于高斯粗糙面建立表面粗糙圆锥和锥柱目标模型,根据入射波频率对模型进行剖分以满足物理光学的计算要求．根据菲涅尔反射系数得出表面电流,进而计算涂覆粗糙目标的雷达散射截面．对比分析了粗糙表面目标与光滑目标的散射结果,详细讨论了不同涂覆介质、不同涂层厚度、不同入射角度、不同频率以及不同粗糙度的粗糙表面圆锥目标和锥柱目标的太赫兹散射特性．计算结果表明,在太赫兹波段目标表面的粗糙度对散射有显著的影响．     

二维分形表面电磁散射特性

为深入研究电磁波、光波探测信号与不规则背景表面之间的相互作用机理及物理本质,以便给雷达目标探测、不规则材料表面的探测与遥感提供必要的散射模型,对具有分形维度的二维粗糙表面采用带限Weierstrass函数进行建模,推导了基于基尔霍夫近似理论的二维粗糙面散射场,在HH极化条件下,给出了该分形面的电磁平均散射系数和平均强度系数,通过理论分析和数值计算讨论了粗糙面散射特性与谐波数、入射波波长、面分维等其他参量之间的关系.结果表明,随着分维和谐波数的增大,除镜向反射以外,散射强度的幅值及其旁瓣分量是增大的.为基于表面散射强度重构粗糙面的相关统计参数提供数据.     

波束模拟法用于粗糙面散射问题的有效性分析

波束模拟方法可用于数值计算宽波束入射，或略入射的粗糙面散射问题，减少所需计算机内存。通过引入能量守恒测度系数和矩量法，以平面理想导体和随机粗糙面为例详细地研究了波束模拟方法在数值计算散射问题时，其计算的精度与入射波束的极化状态、子波束参数和散射面粗糙度之间关系。     

深粗糙度随机粗糙表面光散射特性数值研究

为了研究深粗糙度随机粗糙表面的光散射现象,采用线性滤波法生成高斯分布随机粗糙表面,利用矩量法推导了深粗糙度表面的散射光平均差分散射系数。通过数值计算波长为1.064 μm的S和P线偏振入射光照射下的多组良导体表面的平均差分散射系数,发现结果出现了后向增强峰值和朗伯散射现象。根据散射宽度分布、后向增强峰值、散射峰位置等特征,分析了入射角、表面粗糙度与散射分布之间的关系。结果表明,S和P线偏振入射光良导体表面散射场能量守恒特性不同。     

4H-SiCn-MOSFET新型反型层迁移率模型

提出了一种基于物理的4H-SiCn-MOSFET反型层迁移率模型.基于第一性原理的准二维库仑散射迁移率模型考虑了载流子屏蔽效应和温度对库仑散射的影响,模型中不包含任何经验参数,可方便地应用于二维器件模拟软件.推导出SiC表面粗糙散射迁移率模型的参数与界面粗糙度之间的数值关系.模拟结果表明:库仑散射机制主要在近表面处起作用;随着栅电压增大,表面粗糙散射所起的作用逐渐显著;较高掺杂的SiC MOSFET表面粗糙散射成为限制反型层迁移率的最主要散射机制.     

具有正弦波模型间隙流动的研究

把粗糙表面简化为近似正弦波形状的平面模型,研究了平面粗糙度对缝隙流动的影响。通过对高频正弦粗糙表面模型建立N-S(Navier-Stokes)方程和液流连续性方程,采用逐步迭代法求出一级和二级压力、流速分布规律,以及适用于光滑表面、粗糙表面的流量公式,并求出表面粗糙度对流量影响的流量修正系数。实验结果与理论计算结果基本吻合。     

蝶翅结构负载银颗粒表面增强拉曼散射性能

将银粗糙化的蝶翅三维结构引入到表面增强拉曼散射(surface enhanced Raman scattering, SERS)基材中,提高检测效果。采用绿带翠凤蝶蝶翅作为基板,将纳米银金属颗粒负载其上,合成了经有序粗糙化的表面增强拉曼散射基底。采用场发射扫描电镜及透射电镜分析了有序银粗糙化蝶翅SERS基底的形貌特征。并以罗丹明6G作为探针分子,可检测到浓度低至10^-14mol/L的标样溶液,且检测效果好于二维平板SERS基底,经计算得到绿带翠凤蝶SERS基底的增强因子为1.57×10⁷。在试验的基础上,结合三维有限时域差分的计算方法(finite difference time domain, FDTD),模拟计算得到绿带翠凤蝶SERS基底的电场强度E分布,其log|E|²的值为3.85,其对激发光的反射率仅为6%。研究表明银粗糙化的蝶翅三维结构,可以使表面的电场强度有显著增强。     

海上舰船地波散射雷达截面的计算与分析

给出了海上目标地波散射雷达截面的计算方法。首先把目标的地波散射问题转化为求解理想导体平面上目标对垂直极化平面波的散射,利用时域有限差分方法得到所关心频段内 的目标雷达散射截面;然后由地波传播理论求得包括随机起伏粗糙海面影响在内的地波传播衰减因子。从雷达方程出发,对海上舰船雷达散射截面的计算值与实测值进行对比,表明了该方法的可行性。     

海上舰船地波散射雷达截面的计算与分析

给出了海上目标地波散射雷达截面的计算方法．首先把目标的地波散射问题转化为求解理想导体平面上目标对垂直极化平面波的散射,利用时域有限差分方法得到所关心频段内的目标雷达散射截面;然后由地波传播理论求得包括随机起伏粗糙海面影响在内的地波传播衰减因子．从雷达方程出发,对海上舰船雷达散射截面的计算值与实测值进行对比,表明了该方法的可行性．     

机器人关节空间障碍边界方程的建立

将机器人与障碍接触视为封闭链机械，用超复数分析该封闭链，以两自由度转动关节臂为例，建立了关节空间障碍的边界方程。该方法能简洁地表达关节空间障碍，并具有较高的计算效率。     

Reflected Characteristics of Interface between Ceramic and Ceramic／Metal Graded Materials on Elastic Wave

The propagation characteristics of impact waves across a planar interface between a ceramic layer and a ceramic/metal ( C/ M ) composite layer were investigated. Two interfacial boundary conditions were considered : one was a shear coupling boundary condition that simulated a perfectly bonded interface between the ceramic and composite, and the other was a slip boundary condition that only allowed a transmission of the transverse motion and normal stress at the interface. The ceramic was subjected to an inchtent impact wave. The ceramic and composite was assumed to be elastic during impact. The stndy was based on a basic method provided by Furlong, Westburg and Phillips for predicting the reflection and refraction of spherical waves across a planar interface separating two elastic solids. Emphasis was put on the effect of the metal volume fraction in the composite, ceramic thickness and interfacial boundary condition on the reflected waves. New and interesting results are obtained that provide a very useful guidance for design of a ceramic/composite armor and of a C/M functionally graded applique.     

复杂边界准三维水流模拟

本文利用正交坐标变换解决三维计算域平面复杂的问题，采用垂向无因次坐标解决自由表面未知的问题，提出了一套三维计算模式．通过长江口实测资料的计算验证，表明本模式具有一定的精度与实用性，可用于一些具体水流问题的模拟计算．     

二维半线性松驰模型初边值问题解的大时间性态

本文研究具有常数边界数据影响的二维半线性松驰模型初边值问题解的大时间性态,利用L2-能量方法,通过对边界积分的处理,证明了在初始扰动小的条件下相应问题的解渐近收敛到一个强平面稀疏波.     

弹性结构形状灵敏度分析的边界元法

本文由形式上统一的弹性力学平面问题、回转体扭转问题和轴对称问题的边界元方程直接求导得到这三类问题的灵敏度分析的边界元方程,解决了奇异积分的计算。平面问题的两个算例表明这一格式简单明了,计算精度高。     

纸浆纤维的形状特征提取应用研究

为了正确描述纸浆纤维图像的弯曲特性，提出了一种基于角点检测的纤维特征提取算法.本算法应用自适应滑动窗口策略进行纤维图像各边界点局部支持域的选取，以提取最优邻域，根据各边界点对应特征向量，将二维平面曲线转化为一维特征曲线，利用一维小波变换提取特征曲线奇异点，即二维平面曲线上的角点，根据边界点对应特征值与一维特征曲线的奇异特征确定纤维扭结个数，并根据各点对应局部支持域确定曲度与扭结平均角度，从而完成纸浆纤维的弯曲特征提取.实验结果证明，本算法能有效提取纸浆纤维弯曲特征.     

一种新的测地线主动轮廓图像分割方法

测地线主动轮廓模型是一种重要的图像分割方法,它对噪声图的分割效果很大程度上依赖于图像平滑的质量.为了使图像平滑和图像分割有机的结合起来,文中首先利用方向曲率模值提出描述图像平滑度的泛函,推导出一种四阶偏微分方程(PDE)图像降噪模型,它能在有效降噪的同时,保持良好的图像特征.该方法处理结果为分段线性图像,且在目标边缘处梯度存在阶跃.利用降噪结果的这一特点作为图像特征的描述函数,文中提出一种新的测地线主动轮廓(new geodesic active contour)模型.实验表明,新模型轮廓提取能力强、收敛速度快.以文中的降噪模型进行预处理,对基于区域的主动轮廓模型分割效果也有较大的提高.     

平面光波导数值分析的一种新方法

用有限时域差分法直接求解了依赖时间的麦克斯韦旋度方程,得到了一维电磁场的有限时域差分公式.在此基础上,利用吸收边界条件计算了简单三层对称平面光波导中TE模的光场分布,得到了任意截面上光场的分布.     

空间薄膜天线索膜结构建模与形状优化

针对空间平面薄膜天线,提出一种索膜边界建模及形状优化方法．首先,基于索膜结构在受张力作用时边界处悬索与薄膜存在滑动的特点,提出一种非线性有限元建模方法;其次,将索膜边界视为B样条曲线,并以曲线控制点位移作为设计变量,通过优化结构实际应力与工程参考应力间的偏差,实现了对薄膜在任意初始边界下的形状优化; 最后,通过数值算例与实验验证说明了方法的有效性．