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建模封闭结构中复杂超材料上电磁波的传播
摘要： 超材料目前是微波技术领域最热门的研究方向之一，其独特的电磁特性催生了大量极具价值的军用和民用应用。此外，由于构成关系在数学公式中引入的复杂性，基于此类材料的微波元件分析与设计成为应用电磁学领域最具挑战性的难题之一。最广义的超材料是双各向异性材料，其中电场和电感应同时依赖于磁场和磁感应。本文提出了一种新型且强大的有限元方法方案，适用于分析填充有有耗双各向异性线性材料的最通用波导结构。采用棱边单元以避免伪解的出现，最终特征系统具有高度稀疏性，从而大幅节省内存与计算时间。
关键词： 双各向异性超材料、微波工程、加权余量法、有限元法
更新于2025-09-24 00:49:06
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核壳结构诱导的压电陶瓷高位移响应：理论设计
摘要： 本研究提出了一系列具有核壳结构的压电复合材料，旨在实现低外加电场下的高位移响应。其外壳和内核分别由压电材料与非压电材料构成。通过有限元法（FEM）模拟了局部电场分布与位移响应，结果表明：在2 kV/mm外加电场下，这类核壳结构复合材料的最大压电位移响应可达纯压电陶瓷的25倍——这源于外壳内部局部电场被增强至数十倍于外加电场的现象。研究同时指出，采用更小的外壳体积分数、提高内核介电常数或降低内核杨氏模量，均可进一步提升压电复合材料的位移响应。
关键词： 位移响应，有限元法（FEM），核壳结构，压电材料
更新于2025-09-24 01:41:38
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利用压电激励侧壁的流体容器振动分析与控制
摘要： 本文研究了重载流体容器的振动分析与控制问题。从解析方法和数值技术等多个角度对流固耦合振动问题进行了探讨与分析。为有效控制流固耦合振动，将其中一侧壁面设计为柔性结构，通过两个压电片感知流固运动产生的分布位移，另一侧壁面则用于主动控制振动。为此，采用边界控制技术对流固耦合的多模态振动进行主动控制。通过全面的有限元方法进一步验证了解析模型的仿真结果。在施加所提出的控制器前，结果表明流体振动在不同高度和距离上存在差异。然而，仿真结果显示压电激励梁能够非常高效且快速地抑制所有位置的振动。这些结果证明了利用压电激励梁进行流固耦合振动控制的可行性。
关键词： 边界控制、基于压电的振动控制、有限元法、流固耦合
更新于2025-09-24 03:42:42
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一种数据驱动的框架，用于预测激光焊接过程中SAC/Cu体系中界面Cu6Sn5金属间化合物的形貌
摘要： 一种结合实验激光钎焊、有限元分析与机器学习的数据驱动方法，被用于预测Sn-xAg-yCu/Cu（SAC/Cu）体系中界面金属间化合物（IMC）的形貌。研究人员采用光纤激光器对六种不同Ag/Cu重量配比的SAC焊料进行加工，激光功率范围30-50 W，扫描速度范围10-240 mm/min，通过扫描电镜表征发现所得IMC形貌可分为柱状与扇贝状两类。针对不同合金成分与激光参数，运用有限元法（FEM）计算焊料/基板界面温度的瞬态分布。将FEM生成的数据集输入神经网络，通过温度相关的Jackson参数（αJ）量化值预测IMC形貌。神经网络预测的αJ数值经实验IMC形貌验证。研究估算了每种焊料成分在给定功率下柱状与扇贝状IMC形貌转变的临界扫描速度：在30 W功率时Sn-0.7Cu具有最大临界扫描速度，在40 W和50 W输入功率时Sn-3.5Ag合金具有最大临界扫描速度，因而这两种焊料在激光钎焊过程中最易形成柱状界面IMC，可推断为承受剪切载荷应用中最适宜的SAC焊料。
关键词： 神经网络，金属间化合物，无铅焊料，有限元法（FEM），激光参数，形貌
更新于2025-09-19 17:13:59
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[2019年IEEE国际光学MEMS与纳米光子学会议(OMN) - 韩国大田 (2019.7.28-2019.8.1)] 2019年国际光学MEMS与纳米光子学会议(OMN) - 电磁FPCB微镜扫描激光测距仪
摘要： 近年来，全髋关节翻修手术数量显著增长。导致该手术必要性的主要原因之一是假体松动或损坏，而植入物-骨界面处的骨坏死会加剧这一问题。电刺激是一项颇具前景的技术，能加速骨细胞生长，从而增强植入物与骨的锚固效果。我们提出了用于促进骨再生的电刺激全髋翻修系统计算模型。本研究探讨了骨组织电导率不确定性对优化电极几何构型与排列方式下电场强度及有益刺激体积的影响。采用广义多项式混沌技术，量化了松质骨、骨髓及用于填充缺损区域的骨替代材料电导率不确定性所导致的刺激体积变化。结果表明，整体有益刺激区域对骨组织电导率的不确定性仅表现出轻微敏感性。但在组织边界附近，尤其是有益刺激区与刺激不足区的过渡地带，预计会出现更大的不确定性。
关键词： 电刺激、有限元法、多目标优化、不确定性量化、全髋关节置换术（THA）翻修
更新于2025-09-19 17:13:59
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248纳米KrF准分子激光作用下CaF2光学窗口的纳秒激光诱导表面损伤及其机理
摘要： 氟化钙（CaF2）晶体是紫外（UV）和深紫外（DUV）光刻及高功率激光相关应用中的重要光学材料。然而，其激光诱导损伤阈值（LIDT）直接影响激光功率，从而可能限制上述应用。因此，研究CaF2晶体的损伤特性和抗激光损伤能力迫在眉睫。采用结合麦克斯韦旋量方程的三维时域有限差分（FDTD）方法，结果表明后表面的电场强度大于前表面，导致阈值更低，这与实验观察一致。此外，通过引入抛光过程产生的Ce2O3杂质，建立了CaF2的热-力学耦合有限元模型（FEM），该模型半定量地描述了248 nm准分子激光对CaF2的损伤机制。
关键词： 激光诱导损伤，时域有限差分法，氟化钙，有限元法，紫外准分子激光
更新于2025-09-19 17:13:59
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基于金属-绝缘体-金属波导耦合T型腔与金属纳米棒缺陷的超高中折射率传感结构
摘要： 提出并采用有限元法研究了一种由金属-绝缘体-金属（MIM）波导耦合T型腔及多个金属纳米棒缺陷构成的超高等离子体折射率传感结构。该设计的等离子体MIM波导可形成腔共振区，金属纳米棒缺陷能有效将光限制在T型腔内。结果表明：较宽矩形腔中缺陷尺寸与较窄矩形腔长度是提升灵敏度性能的主要因素。该结构灵敏度最高可达8280 nm/RIU（RIU表示折射率单位），据我们所知这是基于等离子体MIM波导传感器报道的最高灵敏度。此外，该结构还可作为温度传感器使用，其温度灵敏度高达3.30 nm/°C。这种设计简单且易于制备的结构可应用于高灵敏度纳米级折射率传感器，并有望用于光学片上纳米传感器。
关键词： T形腔、纳米棒缺陷、温度传感器、有限元法、折射率传感器、金属-绝缘体-金属结构、等离子体激元学、灵敏度
更新于2025-09-19 17:13:59
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电磁波吸收体（详细理论与应用）|| 计算机分析基础理论
摘要： 近年来能够对多种电磁波吸收体进行分析的原因之一，是建模与计算机模拟技术取得了显著进步。此外，在实际的计算机模拟技术中，多种理论分析方法和手段被复合并系统化。本章为了深化对电磁波吸收体计算机模拟分析的基础理解，详细阐述了包括基本原理在内的时域有限差分法（FDTD）和有限元法（FE）。
关键词： 电磁波吸收器，时域有限差分法，麦克斯韦方程组，有限元法，计算机模拟
更新于2025-09-19 17:13:59
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SS317L合金激光束焊接温度分布的数值模拟与实验研究
摘要： 本研究选用317L级不锈钢，采用400瓦Nd-YAG激光束焊接工艺进行连接。以抗拉强度和温度分布作为输出响应，焊接电流、频率和脉冲宽度作为工艺参数。实验采用5毫米厚奥氏体钢合金板的对接配置及K型数字热电偶进行温度观测。焊接试板通过电火花线切割加工，按ASTM E21标准制备抗拉试验试样。对全部9组工况（基于L9正交阵列）试样进行测试以获取应力-应变曲线和极限抗拉强度。此外，建立了二维瞬态热-结构数值仿真模型模拟完整激光焊接过程。通过实验与数值计算研究了各参数的影响，并借助MINITAB软件采用方差分析(ANOVA)确定各输入因子对输出响应的贡献度。利用优化后的工艺参数值，通过有限元仿真获得温度场分布和热影响区。该工艺的有限元计算采用ANSYS有限元软件中的参数化设计语言APDL实现。有限元仿真与实验获得的温度值吻合良好（误差12%），表明所建仿真模型可用于相关参数研究。
关键词： 抗拉强度、激光束焊接、优化、仿真、有限元法、Nd-YAG激光器
更新于2025-09-19 17:13:59
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激光弯曲过程中温度相关屈服强度和弹性模量的估算
摘要： 本研究开发了一种反演方法，用于估算激光弯曲过程中材料屈服强度(Y)和弹性模量(E)随温度变化的数值。该方法需测量激光扫描工件的弯曲角度。反演模型采用直接模型计算的弯曲角度，通过最小化实际弯曲角度与直接模型预测值之间的差异，反推出随温度变化的Y和E值。研究通过两个算例验证了该方法的可靠性：利用反推出的E和Y数值预测不同工艺条件下的弯曲角度，并将预测值与实际值进行对比（算例中的实际数据来自详细有限元模拟而非车间实验）。后续还通过AH36钢的车间实验进一步验证了该方法的有效性。
关键词： 逆向技术、有限元法、屈服强度、激光弯曲、弹性模量
更新于2025-09-19 17:13:59