一类随机复合材料等效热传导参数的有限元计算

针对预测多种尺度颗粒随机分布复合材料等效热传导参数的难点,提出了一种多尺度有限元方法.首先,根据材料的特点,描述了多种尺度随机颗粒复合材料,然后基于多尺度分析结果,运用有限元方法获得了计算等效热传导参数的算法,最后用实例说明了此算法的有效性和收敛性.     

复合材料圆柱壳轴向压缩和碰撞的数值研究

运用MSC／DYTRAN有限元软件结合参数等效的方法，对复合材料圆柱壳的准静态轴向压缩和低速碰撞过程进行了数值模拟，获得了反映复合材料圆柱壳吸能能力的载荷-位移曲线、峰值载荷、平均载荷等重要参数．将计算结果与试验结果进行对比，发现两者吻合较好，说明采用参数等效的方法可以得到复合材料结构耐坠撞性设计中需要的吸能数据．     

复合材料飞机电磁环境的多尺度分析

复合材料飞机电磁环境的分析属于多尺度，电大尺寸问题，采用传统数值方法会引起离散化剖分的奇异性问题。文章提出了一种基于薄层阻抗边界条件的多尺度分析方法，在该方法中，首先采用全波频域方法在微观尺度下计算复合材料的电磁响应，考虑其材料、结构和厚度等参数的影响，并将其等效为具有相同电磁响应的边界条件；其次将此等效边界条件引入到复合材料飞机电磁响应的计算过程中，在宏观尺度下用全波频域方法计算整个飞机的电磁环境。多尺度分析方法无须对复合材料飞机蒙皮进行电磁离散化，解决了网格剖分的奇异性问题，实现复合材料飞机电磁环境的数值研究。     

碳纳米管的化学镀铁钴和电磁参数研究

基于化学镀方法将CoB和FeB二元合金包覆在多壁碳纳米管模板上,制备了一种新的一维纳米复合材料.将JEM-2010透射电子显微镜显示多壁碳管的外径从13 nm增加到35 nm,能量色散X分析仪也表明碳管的表面镀覆了铁磁性纳米金属颗粒.用Angilent8722ES矢量网络分析仪在2～18 GHz测试了复合材料的动态电磁参数,在2 GHz时,铁包覆碳纳米管复合材料的复介电常数的实部ε′和虚部系数ε″分别为23.90和14.31,在2 GHz时复磁导率的实部μ′和虚部μ″分别为2.64和1.63,而钴包覆碳纳米管复合材料的ε′,ε″,μ′和μ″分别为12.00,2.04,1.28 和0.39.在低频处复合材料的磁导率和磁损耗相对于纯碳管有明显的增加.这种电磁特性可以应用于微波吸收材料.     

考虑胶层的蜂窝夹层复合材料动态特性

提出了一种蜂窝夹层复合材料等效模拟方法.将面板与胶层等效为层合材料,并推导了其等效弹性参数.根据等效板理论、三明治夹芯板理论及所提出的方法分别建立自由-自由状态的铝蜂窝夹层复合材料有限元模型.将3种等效方法的数值计算结果与试验模态参数进行对比,结果表明,所提出等效方法的最大误差不超过5%,平均误差降低到2.03%,表明考虑胶层的影响,模态参数计算结果更为精确.通过控制变量法和相对灵敏度分析表明,胶层是影响复合材料动力学性能的关键因素之一,在面板与蜂窝胞壁连接良好的前提下,减小胶层的厚度或增加胶层材料的弹性模量能够有效提升材料的整体动态性能.     

金属立体目标的广义和狭义等效辐射截面系数

导出了金属立体目标天线温度对比度的一般表达式．类比雷达的散射截面，提出了金属立体目标的狭义和广义的等效辐射截面和等效辐射截面系数的概念，为验证狭义和广义等效辐射截面系数的可行性，计算了金属半球在混凝土背景上的天线温度对比度和等效辐射截面系数，并对误差进行了分析．计算的结果证明用狭义和广义等效辐射截面系数来计算立体金属目标的天线温度对比度是可行的．     

两相复合材料等效复介电常数的计算

提出了一种弥散体为球状、体积随机分布的两相复合材料介电性能计算模型,通过生成随机数并利用幂指数变换建立随机数与半径之间的对应关系,实现了弥散相与基体的不同体积比．利用有限元法计算了模型中的电位分布,通过能量平衡法求解等效复介电常数的实部和虚部．采用统计平均的处理方法,弥补了具体的计算模型各向异性的缺陷,实现了各向同性的复合材料介电性能的计算．在此基础上研究了基体和弥散体电导率对等效复介电常数的影响规律,并从界面极化的角度揭示了相应的物理过程。     

纳米金属钴/膨胀石墨复合材料的制备、表征及其电磁屏蔽性能

以醋酸钴为前驱体,乙醇为溶剂,通过浸渍、干燥及H2还原,制备了磁性纳米金属钴颗粒均匀分散在膨胀石墨(EG)纳米层面的复合材料,其中纳米金属钴颗粒呈球形,粒径为300~1 000 nm,主要为金属相,含少量碳化物,属于软磁性材料.在EG纳米层板上铺展的磁性纳米金属钴颗粒有较高的磁导率,因而具有良好的低频电磁屏蔽效应.通过调控铺展在纳米石墨层板上纳米金属钴的含量可以改变复合材料的导电性与导磁性,使得复合材料在较宽的频段内具有良好的电磁屏蔽效能.结果表明,在Co含量为10%~40%时,复合材料的电磁屏蔽效能较好,例如,30%Co-EG在300 kHz到1.5 GHz范围的电磁屏蔽效能可达62~110 dB.     

颗粒尺寸和电磁搅拌参数对SiC增强铝基复合材料组织的影响

Sic颗粒掺入金属基复合材料形成一种高性能与低成本的金属基复合材料,被认为是应用范围最广、开发和应用前景最大的一类金属基复合材料。铝基复合材料的增强颗粒尺寸和制备工艺直接影响着材料的组织及性能,因此研究增强颗粒物的尺寸和制备参数对铝基本复合材料组织的影响具有重要作用。本论文研究了SiC颗粒尺寸和电磁搅拌参数对Al基复合增强材料组织的影响。通过研究得出最适宜的SiC颗粒尺寸和电磁搅拌参数,对提高铝基复合材料的组织性能具有重要意义。     

金属磁性颗粒构成的左手化复合材料

研究了具有色散现象的金属磁性颗粒无规地浸没在无色散基质中的复合材料有效折射率．考虑金属磁性颗粒的大小与入射波波长比较小得多时，采用有效介质近似的方法研究了金属磁性颗粒的体积分数变化，可实现系统由右手化复合材料向左手化复合材料的转变；通过理论分析和数值计算发现，对具有色散现象的金属磁性颗粒浸没在非色散现象基质中的复合材料，随着金属磁性颗粒体积分数的变化，其复合材料将由右手征材料向左手征材料渡越；且表征左手征材料的有效负折射系数n。实部的绝对值将随金属磁性颗粒体积分数f的增加而缓慢减小，左手征特性材料的频带将逐渐窄化。     

基于传输线理论的电磁波反射系数正交分析研究

分析电磁参数对电磁波反射系数R的影响是电磁波屏蔽吸波研究的热点之一。考虑到影响电磁波反射系数R的因素很多,同时研究多个因素而成为关键点。在前人学者基础上,基于传输线理论,利用正交试验设计进行安排试验,分析研究电磁参数的四个因素以及电磁波频率f、吸波层厚度d六个因素对反射系数的影响。模拟实验结果表面： 对电磁波的反射系数R的影响大小分别为吸波层厚度d、相对复磁导率虚部 、相对复磁导率实部 、相对复介电常数虚部 、电磁波频率f、相对复介电常数实部 ;在X波段区间内,吸波层厚度d对电磁波反射系数具有显著影响,而相对复介电常数实部和虚部、相对复磁导率实部和虚部、电磁波频率产生影响,但不够显著。     

介质蜂窝等效电磁性能数值仿真分析研究

针对规则周期性介质蜂窝夹芯结构材料介电性能的等效计算,提出采用有限元数值仿真和反演计算的方法分析研究不同构型介质蜂窝单胞的几何参数对其等效介电性能的影响规律,并探讨了周期性介质蜂窝单胞的尺寸效应对介质蜂窝的等效介电性能的影响,数值结果表明周期性介质蜂窝结构材料的等效介电性能在面内具有明显的尺寸效应,随着介质蜂窝单胞数目的无限增大,介质蜂窝的等效介电性能将趋于一个均匀化值．     

MnZn铁氧体/PTFE复合材料的电磁性能研究

采用SrTiO3溶胶对MnZn铁氧体进行表面改性,得到MnZn铁氧体/SrTiO3复合粉体,以PTFE为基体,制备了的MnZn铁氧体/SrTiO3/PTFE复合材料。探讨了表面改性和热处理对复合材料电磁性能的影响。结果表明:复合材料在低频阶段具有较高磁导率和介电常数以及较低磁损耗和介电损耗,表面改性和热处理可以在一定程度上提高复合材料的电磁性,复合材料的介电频率响应符合德拜弛豫理论。     

A novel approach to design microwave medium of negative refractive index and simulation verification

In this paper, a novel approach is presented to synthesize microwave medium of negative refractive index by incorporating metallic wire array with negative effective permittivity into the host media such as ferrimagnet-YIG （yttrium iron garnet） applied by external magnetic field whose permeability is negarive. We have designed the composite medium having negative refractive index in C/X band frequencies, analyzed and simulated its electromagnetic （EM） properties by use of EM EDA package based on time-domain finite integration method. The simulation results show that： ① the effective permittivity of the designed metallic wire array is negative in the frequency range from 7.02 GHz to 9.80 GHz; ② the permeability of YIG substrate immersed into an external magnetic field is negative in the frequency range from 5.22 GHz to 8.14 GHz; ③ EM wave can pass through the composite medium synthesized by the above designed metallic wire array and YIG substrate, and ④ the negative refraction behavior occurs on the interface between the composite medium and the normal material with positive refractive index in 7.51-8.13 GHz frequency range, in which the effective permitUvity of the metallic wire array and the permeability of YIG substrate are negative simultaneously. The full wave simulation has demonstrated that the effective refractive index of the designed composite medium is indeed negative and ascertained that the proposed approach to design microwave medium with negative refractive index is viable.     

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。     

ZIF-8衍生的ZnO与RGO复合材料的制备及其电磁波吸收性能

以ZIF-8与氧化石墨烯(GO)为前驱体,采用溶剂热法和碳化法得到ZnO/RGO复合材料.用X射线衍射、扫描电镜和透射电镜测试手段,对制备的ZnO/RGO复合材料的结构与物相进行表征,用矢量网络分析仪测量复合材料的电磁参数(复介电常数和复磁导率),通过反射损耗(RL)公式得到不同厚度样品的RL值.结果表明:煅烧温度为700℃的样品在2~18GHz具有良好的吸波性能;吸波层厚度为4mm、频率为17.2GHz时,RL小于等于-10dB的频率宽为1.0GHz(16.8~17.8GHz),此时的RL达到最小值-22.9dB.     

PAN和MnZn铁氧体复合基质手性材料电磁性质

以导电聚苯胺与MnZn铁氧体的复合物为基质,以碳纤维螺旋体为手性掺杂体,制备了复合手性材料.用微波圆波导法在8.5～11.0GHz内测量了手性材料的旋波性、圆二色性及电磁参数,分析了MnZn铁氧体浓度对实验结果的影响     

Left-handed properties of a composite structure with metallic wires in a homogeneous Lorentz medium

The electromagnetic properties of a composite structure with metallic wires in a Lorentz medium were studied. The results show that the electromagnetic properties of the medium host influence the plasma resonance of metallic wires and the left-handed character of the composite. The plasma frequency of metallic wires reduces with the rise of permittivity or permeability of the medium host. Also, the negative permeability of the medium can destroy the wires' plasma resonance and prevent the realization of left-handed properties. The high loss of medium permittivity or permeability also inhibits the metallic plasma resonance. The negative influence of the media host on the left-handed properties of the composite structure can be effectively reduced by proper structure design, such as introducing a nonmagnetic medium in the host or using an anisotropic medium.     

非均匀介质吸波性能研究

研究了介电常数及磁导率变化的非均匀介质对入射平面电磁波的吸收;导出了非均匀介质层对电磁波无反射吸收的条件;探讨了吸波能力强、由导电板分隔的电介质层状优化结构．所得的研究成果为吸波体设计提供了一定的理论依据     

隧道壁湿润引起电磁波衰减率变化的研究

矿井隧道壁湿润会引起电参数改变，从而使电磁波传播衰减率发生变化。当频率略高于隧道截止频率时利用微扰法可知：不论是矩形隧道还是圆形隧道，隧道壁潮湿使电磁波的衰减率降低。当频率远高于截止频率时，利用传统公式法可知：矩形隧道中隧道壁湿润引起衰减增大；圆形隧道中E模式衰减率因电容率的增大而减小，其它各模式则因电容率的增大而增大。