温度对超导光子晶体带隙的影响研究

利用传输矩阵法研究了温度对一维超导光子晶体带隙的影响。计算中同时考虑到材料的热光效应和热膨胀效应。结果表明,低频带隙、第一带隙和第二带隙的带隙宽度均随着温度的升高而降低。各带隙边带随着温度的升高均向低频方向偏移,但各带隙的边带对温度变化的敏感程度各不相同。与不考虑热效应时的带隙情况相比较,考虑材料的热效应后,各带隙的边带均向低频方向偏移。进一步的研究表明,在所研究的温度变化范围内,热光效应对光子晶体带隙结构有较明显的影响,而热膨胀效应对光子晶体带隙的影响相对较小。     

利用双层墙构造减弱吻合效应影响的方法

双层墙以其良好的隔声效果被广泛应用于各类建筑围护结构,但这种构造存在由于吻合效应叠加而降低墙体在某些频率范围隔声性能的现象.为了避免这种吻合效应叠加现象,文中应用统计能量分析(简称SEA)理论对具体双层墙构造的隔声规律进行预测与分析,由此提出减弱此类墙体结构吻合效应的构造方法,即通过改变双层墙的材料层次序、密度和厚度来减弱吻合效应对隔声的影响.研究结果表明:利用向声源薄板的双层墙构造能够有效地减弱吻合效应叠加对隔声性能的影响;采用不同密度和厚度轻质墙体的双层墙可大幅度降低甚至消除低频和高频吻合效应.     

一维单通道可调谐光子晶体窄带滤波特性研究

利用传输矩阵方法计算了含空气层缺陷的一维光子晶体的带隙的滤波特性。该结构在光子禁带中产生的超窄透过带可以通过外加微机械力改变空气层厚度来调节。计算发现,窄透过位置随空气层厚度的增加向低频近线性移动,空气层在50～550nm之间厚度连续变化,窄透过带调节范围为360nm,透过带峰值的平均值大于0.98,并且其调节范围随中心波长的增大而增大。     

CdS_xSe_(1-x)合金结构、电子结构和光学性质的第一性原理研究

用密度泛函理论究了闪锌矿型三元合金体系Cd SxSe1-x的晶体结构、电子结构和光学性质.计算了组分参数在0≤x≤1范围内Cd SxSe1-x的电子结构、态密度和带隙,计算结果表明Cd SxSe1-x为直接带隙半导体材料,其带隙随Se含量的增加而减小.分析了Cd SxSe1-x的复介电函数和吸收系数等光学性质随光子能量变化的关系,随Se元素含量增加,各光学特性曲线向低能方向移动.     

MWCNTs/PAN微纳米纤维膜的制备及其层合板的电磁屏蔽性能

将不同质量分数的多壁碳纳米管(MWCNTs)加入聚丙烯腈(PAN)溶液中进行静电纺丝,制备MWCNTs/PAN微纳米纤维膜,采用真空辅助树脂传递模塑(VARTM)工艺将其制备为层合板复合材料,测试电磁屏蔽性能.测试结果表明:对于含有一层纳米纤维膜的层合板,当MWCNTs质量分数为25%时,电磁屏蔽效能最大,可达5.96dB;随着MWCNTs质量分数的增加,吸收波峰对应的频率向低频转移,当把含有不同MWCNTs质量分数的层合板叠加,测得叠加后的电磁屏蔽效能约等于单独每块层合板的电磁屏蔽效能之和,此时吸收波峰对应的频率随着层合板层数的增加向高频转移.     

三谐振弹性波超材料的带隙研究

基于集中参数模型动力学法,研究了具有三谐振系统弹性波超材料能带结构、数值模拟参数对有效质量及能带结构的影响。理论及仿真研究表明,有效质量具有频率依赖性,在3个频率位置处的有效质量为负值,频率位置和带宽可由模型参数调节;材料存在3个带隙,增加内部谐振子弹性系数可将带隙向高频移动,同时有拓宽带隙作用。通过增加谐振子质量可使带隙向低频移动,选择适当参量可设计低频宽带弹性波超材料。     

基于磁流变液的共振腔周期结构吸声特性研究

以实现低频可变频噪声控制为目标,研究了声波在填充磁流变液的共振腔周期结构中的传播特性。首先利用Biot理论和声电类比法建立了声波在该结构中传播的理论模型,计算声波传播的传递损失;然后通过COMSOL有限元仿真验证了传递损失曲线的正确性;最后通过数学模型求解并分析了外加磁场对改变结构参数调节吸声工作频率的影响。外加磁场强度增加时,共振腔周期结构的带隙中心频率向高频移动,变频范围为394 Hz;最小传递损失峰值为28.56 dB;腔体体积、颈部长度减小,颈部截面积增大使带隙中心频率向高频移动。该结构低频吸声效果良好,外加磁场对该结构有良好的变频调控作用,随着外加磁场强度增加,结构参数变化产生的变频效果略有增加。     

离心风机吸声蜗壳结构的数学物理模型及实验验证

为了降低离心风机气动噪声,设计了一种由穿孔蜗板、吸声材料、微穿孔板和空腔组成的吸声蜗壳结构,并采用声电类比方法建立了吸声蜗壳的数学物理模型.基于该模型分析发现:采用一定厚度的吸声材料可以在大约1～8 kHz频率范围内对气动噪声取得较好的吸声效果,适当增加吸声材料厚度可使得具有较高吸声系数的频率范围向低频方向适当拓宽,加...     

MLFMA用于不连续特征多频散射特性研究

对隐身飞行器、坦克等武器系统,缝隙等不连续特征对RCS的减缩和控制具有重要影响.基于混合场积分方程,开发出了多层快速多极子算法程序,通过将金属球双站RCS级数解、三缝隙实测曲线分别与多层快速多极子算法(Multilevel Fast Multipole Algorithm,MLFMA)计算曲线进行对比,验证了程序的正确性,说明其可用于飞行器表面不连续特征研究.采用数值方法详细研究了单缝隙、三缝隙电磁散射与入射电磁波频率的变化关系.数值计算结果表明,入射电磁波频率增加时,对单缝隙,电磁散射增强,雷达散射截面算术均值增加,其中掠入射角域内的均值增加最为明显;同时单缝隙的散射曲线相似、次波峰向外偏移;对三缝隙,除具有单缝隙的特性外,还表现为相互耦合性、曲线振荡增强,通过分析认为3个单缝隙散射不同相位的相互叠加导致了其散射的耦合性,入射频率增加时,散射叠加的峰值位置发生相应变化,表现为耦合作用和振荡作用更加明显.该结论可以用来进行飞行器表面的缝隙散射的减缩设计,从而有效提高飞行器的隐身性能.     

可实现宽频宽角度隔声的薄层通风结构

隔声材料的设计是声学研究的重要主题,并具有重要的应用价值,然而通风条件下的低频宽带隔声仍是具有挑战性的难题.提出一种基于空间折叠结构和中空管道相互组合的双层结构的通风隔声屏障设计,利用层间的类Fano共振耦合对特定频带内的声波能量实现高效隔离,具有外形平整、厚度薄(λ/5.2)、通风量高(通风面积50%)、设计制备简便、隔声的频率及角度范围大等重要优势.数值仿真结果表明该结构可在预设的频率范围内对不同角度入射的低频声波能量实现高效隔离.该设计为新型隔声结构的研制提供了启示,并有望应用于各种同时要求高通风量与高降噪量的特殊场合.     

叠加式压电陶瓷智能骨料特性仿真研究

基于一维压电弹性理论建立叠加式压电陶瓷智能骨料的理论模型,并在此基础上采用数值分析方法研究压电陶瓷电学连接方式和叠加数量以及单片压电陶瓷厚度、水泥保护层厚度等关键结构参数对智能骨料的谐振频率、机电耦合系数、智能骨料激发器输出位移及传感器输出功率的影响。结果表明,智能骨料的谐振频率和反谐振频率随压电陶瓷的厚度和叠加片数、保护层厚度的增加而不断减小,且压电陶瓷串联叠加时谐振频率与反谐振频率之间的差值大于并联叠加时的对应差值;智能骨料的机电耦合系数随压电陶瓷的厚度和叠加片数的增加而增大;智能骨料激发器的输出位移与智能骨料传感器的输出功率随压电陶瓷叠加片数的增多而加大,且压电陶瓷串联叠加时的激发器输出位移和传感器输出功率均大于并联叠加时的输出值。     

三维编织物增强复合材料横向冲击频域响应特征

采用改进型分离式霍普金森杆测试三维编织物增强复合材料在横向(试样厚度方向)冲击加载模式下动态力学响应特征.试验结果表明,最大载荷随冲击速度增加而增加,从试样破坏显微照片中可以得出,随着冲击速度增加,三维编织物增强复合材料失效模式由树脂开裂变为纤维束断裂.采用快速傅里叶变换方法将三维编织物增强复合材料横向冲击时间-载荷曲线转换为频域内频率-振幅曲线,从曲线中可以得出横向冲击应力波频率主要集中于低频区域,且应力波振幅随冲击速度增加而增加.     

多层吸波材料的优化设计模型

通过优化设计,建立了多层吸波材料的理论模型.研究结果表明,多层吸波材料的最大吸收反射率与材料厚度的成单调递增关系,同时频宽却向低频方向发生偏移;反射损失(RL)-10d B的频宽随着厚度增加而减小;双层吸波材料的吸波频率范围比单层吸波材料的宽,三层吸波材料的吸波频宽进一步增大,且在C波段和Ku波段有最大反射损失吸收峰.各单层吸波材料具有不同的电损耗和磁损耗性能,经过优化设计复合后,多层吸波材料中各层吸波材料的优异性能的合理叠加使吸波频宽增大.模型的计算结果与实验测定结果的吻合度很好.     

组合腔型吸声覆盖层的声学特性分析

采用波导有限元方法分析了组合腔型吸声覆盖层单元的轴向波传播和损耗特性,并结合传递矩阵建立了该结构覆盖层声学特性的分析模型.以组合型圆台空腔吸声覆盖层为例,分别从波型转换和轴向波传播特性的角度分析了不同大小的空腔嵌入改变吸声覆盖层声学特性的规律.结果表明,随着大腔嵌入比例的增加,吸声系数的峰值频率逐渐向低频偏移,改善了低频吸声性能.     

多振子局域共振声子晶体导线带隙特性研究

为防止导线舞动对线路安全稳定运行造成危害,将附有3个串联振子的间隔棒周期性地排列在导线上,形成声子晶体导线结构,通过产生带隙达到导线减振的目的.本文推导建立了计算声子晶体导线结构振动频散关系的传递矩阵法.基于某舞动试验线路,计算得到了振动频散关系和带隙范围,并对相应的有限周期声子晶体导线进行了振动传输特性分析以进行对比验证.结果显示,在0~0.9Hz范围,三振子串联声子晶体导线结构存在3条低频振动带隙,在带隙频率范围内导线的振动会出现较大衰减,因此可利用带隙有效抑制导线舞动.     

氧浓度对磁控溅射Ti／WO3薄膜光学性能的影响

在不同氧浓度下,采用直流反应磁控溅射技术在玻璃基片上制备了Ti掺杂的WO3薄膜并在450℃退火。用X射线衍射（XRD）、分光光度计、台阶仪等对薄膜的结构和光学性质进行表征,分析了不同氧浓度对气敏薄膜的透光率、微结构及光学带隙的影响。结果表明,氧浓度增大,沉积速率越慢,膜厚度减小,薄膜的平均晶粒尺寸增大,晶面间距增大;透射率曲线随着氧浓度的增加逐渐向短波方向移动,表明薄膜的光学带隙宽度随氧浓度的增大而变大。     

氧浓度对磁控溅射Ti/WO3 薄膜光学性能的影响

在不同氧浓度下,采用直流反应磁控溅射技术在玻璃基片上制备了Ti掺杂的WO3 薄膜并在450 ℃退火.用X射线衍射(XRD)、分光光度计、台阶仪等对薄膜的结构和光学性质进行表征,分析了不同氧浓度对气敏薄膜的透光率、微结构及光学带隙的影响.结果表明,氧浓度增大,沉积速率越慢,膜厚度减小,薄膜的平均晶粒尺寸增大,晶面间距增大;透射率曲线随着氧浓度的增加逐渐向短波方向移动,表明薄膜的光学带隙宽度随氧浓度的增大而变大.     

弹性地基上的二维声子晶体薄板振动特性研究

弹性地基板在工程中有着广泛应用,控制和消除其振动的问题一直为人们所关注.声子晶体的弹性波禁带特性为弹性地基板的减振隔振和振动控制提供了一种新思路.利用大型商业软件ABAQUS分别计算了有无弹性地基作用的二维声子晶体薄板的频率响应,并进行了对比分析.结果显示,弹性地基的存在使得二维声子晶体薄板在频响分析的低频阶段产生了一个振动带隙,同时较高频率处的带隙范围与无地基情形时相比向高频移动.     

Co添加对Fe-Si基合金微波吸收性能影响研究

为研制低频效应和宽频特性较好的吸波材料,以高纯块状Co、Fe、Si为原料,采用电弧熔炼和高能球磨工艺制备CoxFe80-xSi20(x=0,10,20,30)合金粉体,使用SEM、XRD和矢量网络分析仪等测试手段,研究了合金粉体形貌、结构及Co添加对合金吸波性能的影响。结果表明:制备的合金粉体主要由α-Fe相组成;Co的添加使Co-Fe-Si合金的反射率峰值变小,并随α-Fe晶粒尺寸增大而向低频移动;在涂层厚度为1.8mm的条件下,x=20的合金吸收峰频率和峰值分别为4.8GHz和-13.4dB,低频效应较好,x=10的合金吸波峰频率和峰值分别为6.2GHz和-14.8dB,低于-5dB的吸波带宽达14GHz,具有良好的吸波宽频效应。系统研究了Co10Fe70Si20合金的反射率随涂层厚度变化的规律,结果表明随着涂层厚度的增加,合金的反射率峰值向低频移动,当涂层厚度为3mm时,反射率峰值达到极值,即在3.7GHz处达到-14.8dB。     

水泥土泥皮下土与结构接触面的单剪特性

采用大型单剪仪进行粗粒土与混凝土接触面在水泥土泥皮(粘土中掺入水泥)条件下的剪切试验,揭示泥皮条件下接触面的力学特性与机理.试验结果表明,峰值强度以及剪胀发生所对应的位置与法向应力大小有关,峰值强度所对应的剪应变滞后于产生剪胀的位置.剪切破坏时,在同一高度处,法向应力越大,切向位移也越大;同样的法向应力及高度处,切向位移随水泥含量的提高而增大.以单剪试验为原型,采用颗粒流模拟程序PFC建立水泥土泥皮条件下粗粒土与混凝土接触面的单剪模型,通过对接触面试验试样内部特征点在剪切过程中运动状态的追踪,分析了土体的扰动高度及其主要影响因素.研究发现,扰动高度与粗粒土的最大粒径、法向应力以及粗糙程度(有无泥皮)等有关.对粗粒土,靠近结构面3～4倍最大粒径的区域内土颗粒切向位移明显,形成明显的剪切错动带,因此,建议该剪切错动带厚度为有厚度接触面单元厚度.