开有不同矩形孔缝的电大腔中场分布的统计分析

本文研究外部电磁波入射下开孔电大金属腔中的电磁场环境特征.由于电大尺寸带来的巨大计算代价和高频响应敏感性问题,很难通过由全波分析得到的特定条件下的场分布确定性解来评估腔内场环境的普遍规律.因此,本文研究了当矩形腔体上开有不同尺寸矩形孔缝时,腔体内部电场分布的统计规律,并且给出了可对开孔腔体内部电场均值、标准差以及电场值概率密度分布进行快速评估的图表.此外,还发现开孔腔体内电场各个分量概率密度函数与理想混响室中对应量的概率密度函数具有极高的相似性.上述统计规律可作为开孔电大腔体在设计阶段有效的参考依据,并可为相关的电磁兼容分析提供重要的指导.     

SH波作用下浅埋隧洞的动应力集中特性

针对平面SH波作用下浅埋隧洞的动力响应问题,采用复变函数和多极坐标方法,研究了入射波频率、入射角度以及隧洞埋深对隧洞动应力的影响规律.研究结果表明:低频波入射时隧洞埋深对动应力集中系数分布影响不大,但高频波入射时影响较为明显;随着入射波与水平面角度逐渐增大,隧洞动应力集中系数(dynamics stress concentration factor,DSCF)分布越来越复杂,最大值从低频段逐渐转移到高频段;当入射角θ0>0时,最大DSCF略大于3,远大于深埋隧道的2.3;当θ0=0、波数小于0.5且隧洞埋深h>4a(a为半径)时,最大DSCF的谱分布较均匀,此时从最大DSCF的角度可将隧洞近似当成深埋隧洞来分析入射波对隧洞的动力作用.     

快速算法用于带孔缝金属腔屏蔽系数计算的比较研究

本文比较了TLM、ILCM和M-MOM三种快速算法在斜入射波和多面开孔情况下计算金属腔屏蔽系数(SE)的适用性,发现M-MOM在各种情况下的计算结果最为准确,ILCM无法计算多面开缝情况,而TLM不适用于电大尺寸情况.本文还研究了电磁波的入射角和极化角、孔缝长边、腔体内观测点位置及相对面孔缝位置等参数对SE的影响.结果表明单面开缝时SE随方位角、极化角增大而增大,随仰角增大而减小,而相邻面开缝的SE则由方位角和腔体尺寸决定.当孔缝长度接近或大于半波长时,SE不再随长度的增大而减小.腔体内观测点位置不同,SE有不同的变化特性,因此仅用腔体中心点位置上的SE表示腔体的屏蔽效能是不够的.当屏蔽腔不可避免需要开缝时,应尽量选择开等效面积较小的孔缝.     

电大腔中非线性器件响应统计规律的实验研究

通过实验研究了带有模式搅拌器电大腔体模拟的混响室测量环境中电场模值以及腔内通过场线耦合激发的线性器件和非线性器件功率响应的统计规律,获得了不同输入功率时,空腔内电场总场模值,线性/非线性器件归一化功率响应的概率密度函数.结果显示不同输入功率对应的空腔电场模值和线性器件的归一化功率值各自满足的统计规律基本相同.而非线性器件输出功率中谐波功率的统计规律随输入功率的变化而有所不同.这些统计规律对于复杂电磁环境下电子系统的电磁效应分析具有重要意义.     

开孔矩形腔体对电磁脉冲响应的研究

根据孔两边场的连续条件建立积分方程,然后用算子展开方法求得了用孔面上场与标准正交基的内积表示的矩形腔内的场.采用快速逆Fourler变换求得了开孔矩形腔体对典型电磁脉冲的响应.     

基于金属-介质-金属圆柱体微腔的光的强局域和高吸收特性（英文）

等离激元纳米结构能够把光场局域到非常小的空间,而应用在表面增强光谱、生物传感和太阳能电池等领域.我们设计了一种对光场具有高局域和强吸收特性的基于金-介质-金三明治结构的圆柱体微腔结构.计算结果显示:该圆柱微腔能够局域入射光的绝大部分能量,产生强的平均电磁场能量密度.微腔内的平均电磁场能量密度增强因子G达到10~3~10~4数量级,而且G值随着介质层的厚度、介电常数和圆饼半径的变化呈现出了一定的变化规律.在正入射波的条件下,经计算得到了4.8μm~6μm范围的反射光谱和吸收率C(C=1-R_(min)),通过优化介电常数和结构的几何参数,C值达到99%.     

金属壁移动对微波加热均匀性的影响

本文通过矩形波导金属壁的移动,对腔体内电磁场分布的相位进行调节,从而改善矩形波导内因电磁场分布的不均匀而引起的加热不均匀性,并且提出了基于空间坐标变换的时变媒质方法来计算移动边界问题,对于处理大型工业用微波腔体的移动边界问题具有重要意义.本文采用单模BJ-22波导加热系统为基准,分析短路面位置的调节对微波加热均匀性的影响,实验和计算表明短路面的调节可以大大提高微波加热的均匀性,且空间坐标变换理论可以准确的用于微波腔体的移动边界计算.     

基于非局部Biot理论的平面波作用下饱和地基动力响应

为探究孔隙尺寸效应对饱和土地基动力响应的影响,基于非局部-Biot理论,构建了P波及SV波作用下饱和土地基表面动力响应的计算模型.采用波函数展开法,求解了地表位移及应力的解析解.分析了孔隙尺寸(以非局部参数描述)、入射波频率及入射角对地表位移及应力响应的影响.结果表明:低频下,非局部Biot理论计算结果与经典Biot理论计算结果基本一致;高频时,地表位移及应力随非局部参数变化较为明显,即高频率下,孔隙尺寸效应对地表响应影响不可忽略.入射波频率对地表响应的影响与孔隙尺寸有关,孔隙越大,频率影响越为显著.相同幅值的P波及SV波作用下,SV波引起的地表动力响应大于P波,且SV波在入射角为45°时发生全反射.研究成果可为半空间饱和土中波动问题的研究提供借鉴.     

高频电磁水处理器处理腔的仿真与设计

处理腔是高频电磁水处理器的重要组成部件,为了确定何种处理腔结构对高频电磁阻垢除垢具有更佳的效果,利用Ansoft Maxwell软件建立了有限元模型,对两种常见的处理腔,即同轴电极式处理腔和缠绕电极式处理腔内的电磁场能量分布进行仿真计算,比较了两种处理腔向水体释放电磁能量的大小以及处理腔内观测点的瞬时能量密度的分布特征。仿真分析表明,当施加相同的激励源并处理相同体积的水时,同轴电极式处理腔内的电磁能量远大于缠绕电极式处理腔;但是同轴电极式处理腔内电磁能量分布不均匀,由阳极向阴极依次递减,而缠绕电极式处理腔内电磁能量分布较为均匀。这些结论对于高频电磁水处理器处理腔的设计具有重要的指导意义。     

休斯型耦合腔电磁色散特性研究

微波电子器件中填充等离子体是提高其输出功率和效率增加工作带宽的有效途径之一.利用电磁场分析理论模型,研究了行波管耦合腔高频慢波结构的色散特性,建立了填充等离子体耦合腔高频慢波结构的色散分析模型.研究表明,填充等离子体后高频慢波结构的色散行为发生了重大变化.首先是当电磁波频率高于等离子体频率时,色散频谱有一个微小的上移;其次是当电磁波频率低于等离子体频率时,发现了一种新的电磁波模式——混合模.工作在混合模的行波管具有更宽的带宽,可达到未填充等离子体时的带宽的一倍以上.混合模是体积模,电场在电子通道的对称轴附近最强,更有利于电子与微波之间能量的有效交换,易于实现大功率微波电子器件.     

高速角接触球轴承腔内气相流动与传热特性研究

针对高速运转滚动轴承腔内空气在接触区周围形成的高压区阻碍润滑介质进入,从而导致供油效率降低的问题,以B7008C角接触球轴承为研究对象,考虑轴承几何结构细节,建立了角接触球轴承腔内气相流动模型,采用旋转坐标系描述轴承各组件运动,分析滚动轴承在不同转速与保持架结构参数下的气相流动。用该模型分析了轴承腔内气相流场,揭示了轴承公转、钢球自旋、保持架结构等因素对轴承腔内气相流型与传热效率的影响规律。结果表明:随着公转转速升高,气流速度升高,轴承腔内压差增大;高速下钢球的自旋效应使轴承腔内气压升高,分布不均匀性加剧;保持架兜孔形状、兜孔结构等参数影响换热效率与压力场分布,随兜孔间隙增大,保持架对流换热系数升高。轴端贴近轴承内圈处是配置供油单元出口的理想位置。     

不同冷却方式对中心锥冷却效果的影响

为研究不同冷却方式对航空发动机中心锥冷却效果的影响,建立了发动机低压涡轮后部件的物理模型,采用流固耦合的方法计算得到中心锥表面温度分布,重点研究了在不同冷却方式下冷却流量比、锥面气膜入射角度等参数对冷却效果的影响。研究表明:腔体引气对中心锥前段与末端的冷却效果较好,对中段双排孔之前部分的冷却效果较差,在有限范围内增加冷却空气流量能够提高冷却效果;当流量比不变时,采用腔体引气／锥面气膜结合方式时中段双排孔之前锥面温度比仅采用腔体引气冷却时降低了40％。     

高速角接触轴承油气润滑两相流动特性数值研究

针对油气润滑高速角接触球轴承腔内润滑冷却问题,提出了角接触球轴承油气两相润滑高精度数值计算模型。采用两相流模型和多重坐标系方法模拟轴承腔内两相流动特性;研究轴承运行工况及保持架几何参数对轴承腔内流场分布与换热效率的影响。结果表明:球形兜孔保持架轴承腔内的平均温度低于柱形兜孔保持架轴承,与实验结果相符。同时,过大或过小的兜孔间隙均会造成轴承腔内平均温度升高,因此合适的保持架兜孔结构与几何参数对于提高滚动轴承润滑性能至关重要。单个油气入口时,轴承腔内的润滑油分布并不均匀,在油气入口附近油相体积分数达到最大值;随着与入口位置距离的增加,油相体积分数逐渐降低。     

缓变截面开放腔中的电子回旋脉塞相互作用

本文在文献的基础上,针对缓变截面开放式谐振腔中高频电磁场的特点,研究回旋电子与此高频场的回旋作用。文中,首先给出开放腔中高频场的一般形式的表达式,并考虑了场沿腔轴的纵向波数是变量;从等离子体动力学中相对论性符拉索夫方程出发,导出了单能回旋电子束与上述高频场之间相互作用功率的解析表达式。这结果可用来确定任意开放腔几何结构下电子回旋脉塞作用,给出起振条件、互作用功率等参量,对于特殊的腔场纵向分布,例如正弦型场分布,与前人的结果一致。     

带开孔金属腔体内部耦合场强分布的实验研究

对入射频率100～1 000 MHz内通过矩形开孔耦合入金属腔体内部的场强分布进行了实验研究,分析了矩形开孔尺寸与发生谐振现象时腔体内部场强分布间的关系,为从理论角度定量研究腔体内部耦合场强分布提供了实验依据,对电子设备金属腔体内的PCB板或敏感元器件的放置方式起到一定的指导作用.     

带孔缝腔体电磁脉冲屏蔽效能的TDFEM分析

利用时域有限元方法(TDFEM)对超宽带(UWB)电磁脉冲照射下带孔缝金属腔体的屏蔽效能(SE)进行分析。将总场-散射场划分技术中的体激励法(VETSFD)应用到TDFEM中,采用一维FDTD随时间逐步推进获得总场区的入射波,从而得到所关心区域的瞬态场响应及其频谱特性。仿真分析了UWB电磁脉冲对不同结构孔缝的耦合效应,根据其频谱特性分析影响腔体屏蔽效能的因素,并对孔缝处加载介质材料的情况进行了探讨。仿真结果为电磁脉冲环境下电子设备机箱的设计和电磁防护提供了理论指导。     

频率对二维声子晶体平板负折射成像的影响

以二维钢/空气三角排列声子晶体为模型,利用多重散射方法分析声子晶体平板负折射成像过程中声波频率与等效负折射率、入射角的变化关系。研究结果表明:平板负折射成像与声波频率及波的入射角度密切相关;对不同的入射波频率,平板的等效负折射率不同,且随着频率增加,等效负折射率绝对值变小;对于确定的晶格结构,只有在确定的频率范围、确定的入射角范围内,才能发生明显的负折射现象;对于某一确定的入射波频率,平板负折射存在一个最大入射角,且随着入射声源频率的增加,这个最大入射角变小,入射波耦合进入声子晶体平板的信号减弱,进而影响像的强度和清晰度。     

负介电常数材料与负磁导率材料双层共轭结构的共振隧穿

利用转移矩阵方法,研究了负介电常数材料和负磁导率材料组成的双层共轭结构的共振隧穿问题.结果表明,当具有色散的负介电常数材料和负磁导率材料排列在一起组成共轭结构时,在频率满足某个特定条件下,电磁场能量局域在界面上的模式将会演变为共振隧穿模,导致共振透射的发生,这种现象不随入射角和入射波的偏振状态而变化.同时得到了共振隧穿模的品质因子随材料厚度的增加而增加,材料含弱吸收时的结果相同。     

开孔金属腔屏蔽系数快速算法宽频适用性研究

本文研究了TLM、ILCM、Modal-MOM三种模型计算平面波照射下开孔矩形金属腔宽频带内屏蔽系数的适用性.通过比较这三种模型在0.5～3GHz范围腔体中心点处屏蔽系数的计算结果,并与CST模拟结果进行对比,发现Modal-MOM方法适合用于宽频段屏蔽系数的计算,但在高频时预测出的谐振点有明显频偏.TLM不适用于高频(电尺寸较大孔缝)计算,而ILCM方法不适用于较高频率情况和正方形孔缝的计算,且整体计算结果偏差较大.这些方法的适用范围在工程应用方面具有很好的指导意义.     

碳纤维石墨化专用微波矩形槽波导谐振腔的设计及数值模拟

微波作为一种碳纤维石墨化过程中的加热方式,对于实现碳纤维在径向和周向上的均匀石墨化具有潜在优势。由于电磁波在腔体内传递时能量分布有很大的不均匀性,首先针对微波加热腔体的形状和尺寸进行了设计;随后采用Ansys Electronics软件建立了加热碳纤维丝束的电磁加热-热辐射-流动传热模型,模拟了腔体内的电磁场和温度场;最后分析了走丝速度与保护气体流速对于腔内温度场分布的影响,结果表明：保护气体流速对加热过程中丝束能达到的最高温度影响较大,而走丝速度对最高温度的变化基本没有影响。本文研究对于碳纤维微波石墨化加热腔的研制具有较实际的指导意义。