利用FFT实现对非高斯随机粗糙表面的模拟

为了研究和分析非高斯随机粗糙表面,提出了一种基于快速傅里叶变换(FFT)和Johnson转换系统以及自相关函数等理论模拟生成非高斯随机粗糙表面的方法,生成了具有给定偏斜度、峰度的随机粗糙表面,验证了该方法的可行性和正确性;并给出了在相关长度等于0.1μm,0.5μm和30μm下的非高斯随机粗糙表面的模拟结果以及输入参数和输出参数的比较结果.结果表明,模拟生成的非高斯随机粗糙表面,其输入的随机表面的统计参数与输出的统计参数吻合较好.

蒙特卡洛法研究随机粗糙表面的光散射特性

本文采用蒙特卡洛(M-C)数值模拟,生成起伏高度满足高斯分布的随机粗糙表面。借助Kirchhoff近似,并在综合考虑辐射传输、光学及电磁学有关理论的基础上,利用M-C方法计算了符合高斯分布的一维随机粗糙表面的单次和多次光散射分布,模型结合射线追踪法考虑了粗糙表面的遮蔽效应。结果表明在考虑多次散射时,存在后向散射增强现象,该结论与实验结果相吻合,证明本文数值模拟方法的正确性。

高斯随机粗糙表面的电磁散射研究

本文利用数值方法研究高斯随机粗糙表面的电磁散射问题 .应用矩量法研究高斯随机粗糙表面的电磁散射可以使我们获得较为精确的数值结果 .但是 ,对于表面散射 ,应用矩量法时 ,表面未知变量的数目非常大 ,即使对于一维表面也需要几千个未知变量 .当我们求解矩阵方程时 ,计算机对求解的问题有几个限制 ,一个是内存的限制 ,一个是速度的限制 .为了克服内存的限制 ,发展了许多迭代数值算法 .本文发展了一种新的数值迭代方法 .利用这一方法 ,我们对高斯随机粗糙表面的电磁散射问题进行了研究 ,并与矩阵反演方法进行了比较 .所得结果表明 ,这种新的迭代法具有很好的收敛性 .

随机粗糙表面超声双透射研究

基于Fresnel近似及相屏近似理论建立了随机粗糙表面的声波双透射信号损失理论模型，提出采用指数替代法消除非线性积分项实现双透射信号损失的简单解析解。研究表明，观透射信号损失不仅与粗糙高度有关，而且与声波传播路径即缺陷深度有关。

分形随机粗糙表面的电磁散射研究

本文利用数值方法研究分形随机粗糙表面的电磁散射问题。 应用矩量法研究分形随机粗糙表面的电磁散射可以使我们获得较为精确的数值结果。但是,对于表面散射,应用矩量法时,表面未知变量的数目非常大,即使对于一维表面也需要几千个未知变量。当我们求解矩阵方程时,计算机对求解的问题有几个限制,一个是内存的限制,一个是速度的限制。为了克服内存的限制,发展了许多迭代数值算法。本文发展了一种新的数值迭代方法.利用这一方法,我们对分形随机粗糙表面的电磁散射问题进行了研究, 并与矩阵反演方法进行了比较.所得结果表明,这种新的迭代法具有很好的收敛性。

非高斯随机粗糙表面计算机仿真的研究

在摩擦学、光学等工程领域中,对于表面粗糙度的研究,总是以生成的随机粗糙表面为研究对象,且大多数研究都是建立在高斯随机表面的基础上,而实际的工程表面大多是非高斯随机表面。为此提出了一种基于快速傅里叶变换(FFT)、Johnson转换系统和自相关函数等理论仿真生成非高斯随机粗糙表面的方法,它可以生成具有给定偏斜度和峰度的随机粗糙表面。为了说明该方法的可行性和正确性,给出了不同偏斜度、峰度和自相关长度下的计算机仿真结果。结果表明:在一定的条件下用该方法仿真生成的非高斯随机粗糙表面,其输入的随机表面的统计参数与输出的统计参数吻合较好。

随机粗糙表面电磁散射的仿真研究

发展了一种产生三维随机粗糙表面的方法，此方法基于数字滤波的概念，且使表面的自相关函数任意可调．检验结果表明这种方法是有效的．用Ｋｉｒｃｈｈｏｆｆ近似计算了产生的各向同性和各向异性随机表面的电磁散射．将计算结果和公认正确的Ｋｉｒｃｈｈｏｆｆ级数解相比较，证明了Ｋｉｒｃｈｈｏｆｆ近似的正确性，也更进一步证实了产生随机表面方法的有效性．最后。

一维随机粗糙表面的生成方法及其随机表面性质的研究

本文研究一维随机表面的生成方法，以及生成表面的性质，通过改变表面的参数，可以得到不同的粗糙表面形状，这些粗糙表面可以作为研究粗糙表面电磁散射的基础。

随机粗糙表面激光散射后向增强效应实验研究

随机粗糙表面激光散射后向增强效应实验研究吴振森（西安电子科技大学物理系西安７１００７１）ＥｘｐｅｒｉｍｅｎｔＲｅｓｅａｒｃｈｏｎＥｎｈａｎｃｅｄＢａｃｋｓｃａｔｅｒｉｎｇｏｆＲａｎｄｏｍＲｏｕｇｈＳｕｒｆａｃｅｓＷｕＺｈｅｎｓｅｎ（Ｄｅｐａｒｔｍｅｎ...

基于蒙特卡罗方法的随机粗糙表面仿真

利用随机粗糙面的相关函数及其表面谱密度函数,结合蒙特卡罗方法建立随机粗糙表面模型,并对粗糙表面统计参数均方根高度和相关长度与表面高度的关系进行特性分析。通过仿真可知:高度均方根和相关长度的变化对表面高度有很大影响,当均方根高度不同,相关长度相同时,表面高度随均方根增大而增大;当均方根高度相同时,相关长度越大,周期变小;通过改变某一方向上的相关长度,只改变本方向上的周期,而对其他方向不产生影响。

叠加态涡旋光束经旋转随机粗糙表面的频移特性

论文基于涡旋光束传输特性及光散射理论,研究了叠加态涡旋光束经旋转随机粗糙表面的场分布及干涉特性.对拓扑荷值大小相同、符号相反的两束涡旋光进行了叠加生成仿真及实验,利用角谱衍射理论,分析了旋转随机粗糙表面均方根粗糙度对光束传输的影响,数值计算了不同拓扑荷值的叠加态涡旋光束经旋转随机粗糙表面后,与参考光进行干涉得到不同转速下归一化强度值随时间变化的曲线,并通过光强-时间函数间接求得频移量,再反演得到旋转目标的转速.结果表明:通过仿真曲线的周期反演频率,当转速Ω分别为2π/3 rad/s,2πrad/s,10π/3 rad/s时,对应的频移Δf分别为2/3Hz,2Hz,10/3Hz.研究结果可以为叠加涡旋光的调控及应用提供理论参考.

随机粗糙表面对微气体轴承性能的影响

采用尺度独立的分形参数表征粗糙表面,修正气体的雷诺方程,研究滑块轴承中气体薄膜在稀薄效应和粗糙度耦合作用影响下的压强分布、承载能力及承载力的主流向位置。结果表明:由于粗糙度的影响,气体轴承内的压强分布具有非线性特征,承载能力也不会简单地增大或减小,但承载力的主流向位置会变大。

基于一种随机粗糙表面构型的偏振双向反射分布函数

针对PG模型预测粗糙表面材质偏振特性存在较大误差的问题,通过分析镜面微元组合的模型基础假设、建模过程、反演拟合结果,定位了PG模型误差存在的原因;提出了随机粗糙表面为半球形微元组合的新假设,基于表面精细结构下倏逝波存在的物理事实,忽略穿透深度和相位延迟的影响,建立了等效球形粒子组合的新构型;在此基础上,构建了新的表面反射模型,细化了材质内部的散射模型,形成了新的pBRDF模型;在实验室全谱光源照射下,获得了材质的多光谱偏振二向反射数据,进行了PG与新模型的性能对比分析。结果表明,新模型强度维和偏振维的误差约为PG模型的35%和59%。

具有随机粗糙表面的变截面杆中的扭转波传播

建立了含有随机粗糙表面的轴对称变截面杆的数字模型,研究了扭转波在变截面粗糙杆中的传播规律。首先,利用摄动法和快速傅里叶变换求解了含有粗糙面离散序列的扭转波动方程,得到了离散形式的半解析解。其次,利用MATLAB将离散解数值化,并通过ABAQUS对变截面粗糙杆进行有限元模拟对比,验证了解的有效性。再次,通过系统计算,得到了影响摄动法精度的小参数的适用范围。最后,系统地讨论了粗糙面的统计参量对扭转波传播特性的影响规律。结果表明:无量纲高度均方根越大,扭转波幅值均值越小;无量纲相关长度越大,扭转波幅值均值越大,但均不会超过扭转波在光滑杆中的幅值。

随机粗糙表面光散射场分布特性的机理研究

为了研究随机粗糙表面光散射分布特性机理,采用线性滤波法生成高斯分布随机粗糙表面,以基尔霍夫近似作为电磁场边界条件,采用蒙特卡罗方法数值计算了一组金属和一组电介质粗糙表面在S偏振光和P偏振光照射下的散射光强度空间分布。计算结果显示:金属表面与电介质表面的散射光分布宽度、散射峰值、散射峰位置三个散射特征存在显著差异,经过分析发现这种特征差异的产生机理是由表面面元的斜率分布和面元反射率共同因素导致,与数值计算结果对比,二者具有良好的一致性。

随机粗糙表面上剪切变稀流体液滴的沉积过程模拟

采用计算流体力学相场方法模拟了单个剪切变稀非牛顿流体液滴在随机粗糙表面的沉积过程,并分析揭示了随机粗糙表面形貌对液滴运动状态及平衡状态的影响。结果表明,在指定的相同操作条件下,即使在光滑表面,剪切变稀流体液滴比牛顿流体液滴铺展更大且回缩至平衡所需时间更少,不存在二次铺展;剪切变稀流体液滴最大铺展直径随均方根粗糙度Rr与Wenzel粗糙度Wr的增加而略有增加。Wr相同时,随着Rr增大,液滴最终铺展系数减小,高度系数增大,平衡接触面积及接触角有所减小。在Rr相同情况下,随着Wr增大,液滴达到平衡所需时间缩短,平衡接触面积线性增大。

纳米级随机粗糙表面微观滑动摩擦力的计算研究

表面形貌很大程度上决定了摩擦副的摩擦性能,而所有的表面都不可能是绝对光滑的.由于摩擦表面形貌的随机性,决定了实际的摩擦过程具有随机性的特点,因此为了获得与随机形貌对应的摩擦特性,建立合理的随机摩擦模型是必要的.本文基于Lennard-Jones势能建立了纳米级随机粗糙表面和原子级光滑的刚性平面间的随机摩擦模型;模型中,界面势能由法向载荷和界面间平衡距离决定.通过数值计算的方法,推导了微观滑动摩擦力的计算公式和摩擦力与法向载荷之间的关系.研究结果表明摩擦力随着法向载荷的增加而增加,但不是线性增长.结果也说明界面间的表面势能可能是微观摩擦力的本质起源.

基于LJ势与随机过程的纳米级粗糙表面摩擦力计算模型

基于接触界面势垒与摩擦接触面形貌的随机特性,建立了一种新的纳米级粗糙表面滑动摩擦力计算模型;利用该模型对满足严格平稳的同种摩擦副材料纳米级随机粗糙表面的摩擦力进行了数值计算.结果表明:经该模型数值计算得出的平均滑动摩擦力与法向载荷呈线性关系;法向载荷与平均接触界面间隙呈指数关系;在相同界面间隙下,平均法向力与粗糙峰高度分布标准差呈线性关系.计算结果与现有的研究结论相符,证明该模型是有效的、可行的;基于该模型,可根据接触界面的形貌分布参数、材料参数与法向载荷预测出平均滑动摩擦力.

模拟分析随机粗糙金属表面的二次电子发射特性

近年来,金属表面的二次电子发射系数(SEY)受表面形貌影响的研究得到了广泛关注。针对真空电子器件表面均为随机粗糙表面的实际情况,建立了基于二次电子发射唯象模型的随机粗糙表面SEY模拟仿真方法。以典型高斯分布型表面为例,针对表面粗糙度对SEY的影响规律进行了研究。结果表明,随机粗糙表面的SEY随初始电子入射能量变化的曲线,相比于理想光滑表面发生了右移(朝向高能端移动),且SEY与粗糙度之间不存在单调依赖关系。采用该模拟方法所得的SEY与粗糙度间的依赖规律与已报道的基于蒙特卡罗模拟方法所得规律一致,证实了该方法的合理性。

涡旋光束通过非高斯随机粗糙面的场分布特性

基于角谱衍射理论,利用Johnson传递系统数值模拟非高斯粗糙面,研究了拉盖尔-高斯涡旋光束通过随机非高斯粗糙表面的场分布特性。在分析了非高斯粗糙面方向自相关长度、峰度、偏斜以及均方根粗糙度对涡旋光束场分布影响的基础上,研究了涡旋光束通过随机粗糙表面后光束光强分布变化时的均方根粗糙度取值范围,并通过实验,将实验数据与仿真结果进行了对比分析。结果表明:当非高斯粗糙面方向相关长度为20 mm,偏斜为0.001,峰度为6,均方根粗糙度大于0.12 mm时,拉盖尔-高斯光束透过随机表面的光强分布不再保持空心分布,对应的相位奇点消失。