大尺寸轴向梯度折射率光学玻璃板的研制

研制了一种含钠光学玻璃和另一种含铊光学玻璃材料 ,并用离子交换方法使钠玻璃中钠离子与银盐中银离子交换 ;铊玻璃中铊离子与钾盐中钾离子交换 。

轴向梯度折射率材料用于激光束聚焦镜设计

研究了轴向梯度折射率透镜的设计方法,总结了轴向梯度折射率镜头的像差理论,简述它在光学设计软件中的使用。最后把轴向梯度折射率材料用于激光束的聚焦设计。对扩束后12mm,波长1.06μm的激光束,分别设计了单片的普通球面透镜、单片非球面透镜和单片轴向梯度折射率透镜对其进行聚焦。从设计结果来看,轴向梯度折射率透镜像差接近衍射极限,明显好于其他两种透镜。在理想焦点上,三种透镜聚焦的RMS分别为191.75μm,17.69μm和2.42μm。

轴向梯度折射率TFCCD监视镜头设计

设计了焦距26mm,F2.8的适用于1024×1024pixels,像元15μm×15μm面型硅TFC-CD的工厂车间监视镜头。分别设计了传统的全球面镜头和包含两片轴向梯度折射率材料镜头,轴向梯度折射率监视镜头比原普通全球面镜头减少了两片透镜。经过像质评价,后者像质有所提高。RMS从12.67μm减小到8.86μm;最大视场35 lp/mm处最小MTF从0.18提高到0.43;畸变从-5.21%减小到0.76%。

一种轴向梯度折射率板的高斯光束变换特性分析

本文根据非均匀介质中的近轴光线方程导出了一种轴向梯度折射率板的ABCD传递矩阵。

大直径大折射率差轴向梯度折射率玻璃

采用一般商用铅 硅酸盐系列玻璃,按折射率分布从低到高排列成多层堆片,在650～800℃下进行熔融/扩散,形成一种大直径(40mm×40mm×0.5mm)、大轴向梯度折射率(Δn≈±0.4)线性剖面分布的玻璃板。这种材料对光学设计提供了校正像差的附加自由度。

轴向温度梯度对红外透镜光学性能的影响

运用有限元分析软件ANSYS建立了透镜组件的有限元模型,并对其进行热应力分析。用Zernike多项式对变形后的镜面面形进行拟合,并将得到的Zernike系数导入光学设计软件ZEMAX中,分析了轴向温度梯度对红外透镜光学性能的影响。结果表明:透镜面形的PV值、RMS值以及透镜表面曲率半径的变化量(ΔR)均随轴向温度梯度的增大而增大;轴向温度梯度使透镜面形发生了变化,从而导致了透镜光学性能的下降。

利用轴向磁化的永磁环制造轴向梯度磁场

首先叙述了由单个轴向磁化环所产生的磁场 ,并就两个永磁环所产生的纵向磁场进行了分析 .对于两个沿同一方向磁化的永磁体环 ,沿磁环中心线将会产生一个强度较为均匀的轴向磁场 .如果两者的磁化方向相反 ,则在两磁铁间的区域将产生一个纵向的梯度磁场 ,其磁场强度介于-B0 到 +B0 之间 .设计制造了一个高梯度的轴向磁场 ,其磁场梯度为 4 7.2T m ,测量结果与计算结果非常一致 .文中还讨论了产生变梯度磁场的方法 .由于永磁环所产生的磁场和螺线管的磁场较为相似 ,磁铁外部空间将有较大的漏场 。

基于轴向梯度折射率校正镜的折反式光学系统设计

传统的两镜折反式光学系统通常采用两片或多片均匀材料的球面校正镜校正同轴两反系统的剩余像差,为了减少校正镜组镜片数量甚至要引入带有非球面的透镜。采用的单片轴向梯度折射率校正镜即可以校正同轴两反系统的剩余像差,又可以减少校正镜片数。总结了轴向梯度折射率透镜和带有无光焦度校正元件光学系统的初级像差理论,研究了轴向梯度折射率透镜作为两镜折反式光学系统校正镜的设计方法。并且给出了采用单片轴向梯度折射率透镜作为校正镜,焦距为3000 mm,相对孔径为1/8,视场角为1°的两镜折反式光学系统设计。设计结果表明,系统最大视场波前RMS值小于0.07 l,系统弥散圆半径接近艾里斑半径,在50 lp/mm时的传递函数高于0.35,系统的最大畸变小于0.5,最大场曲小于0.2,系统像质接近衍射极限。

复杂边界条件轴向功能梯度梁动力学分析

为分析复杂边界条件及截面属性对轴向功能梯度梁动力学特性的影响,采用Gauss-Lobatto节点与Chebyshev多项式对变截面轴向功能梯度梁变形场进行离散,利用Chebyshev谱方法和Lagrange方程推导了系统的离散控制方程,通过投影矩阵法施加经典及弹性连接边界条件,分析了材料梯度指数、截面变化率、弹性支撑边界条件、末端集中质量等因素对系统固有频率的影响.结果表明:截面变化率和材料梯度指数对固有频率的影响因边界条件不同而不同;悬臂梁的前一阶量纲一的固有频率随着截面变化率的增大而增大,其他情况下则随截面变化率的增大而减小;悬臂梁的一阶固有频率随材料梯度指数先增大后逐渐减小,而其余各阶频率均显示出增大的趋势,而两端固支梁的前两阶频率呈现减小趋势,后两阶频率则显示出增大的趋势;两端简支梁各阶固有频率皆随材料梯度指数增大而增大;随着弹性支承刚度的增大各阶固有频率均呈阶梯状增大,但当弹性支撑刚度较小时,旋转弹簧相较线性弹簧对系统固有频率影响更大;末端附加质量将使固有频率减小且对高阶固有频率的影响更大.

基于混合灵敏度矩阵的轴向功能梯度梁的损伤识别

提出了一种基于响应灵敏度分析的方法对轴向功能梯度梁进行局部损伤识别。通过对梁的固有频率和加速度响应在数值模拟和测量间的误差的最小化来建立目标函数,利用罚函数法对该目标函数线性化得到损伤识别的混合灵敏度矩阵。利用该混合灵敏度矩阵进行迭代求解,最终得到准确的损伤识别结果。以单跨简支梁和两跨连续梁为例,验证了文中方法的准确性和有效性。该方法的优点是只需要利用几个加速度测量点的短时间响应历程和前几阶固有频率就可以获得准确的识别结果。

轴向运动功能梯度梁横向振动问题的保结构分析

轴向运动速度和材料的非均匀性对轴向运动功能梯度梁振动问题分析提出了严峻挑战.本文在简要回顾轴向运动功能梯度梁横向振动动力学模型基础上,基于无限维动力学系统的对称破缺理论和广义多辛分析方法,构造了横向振动模型的保结构数值格式,并在给定材料参数时给出了数值格式具有良好保结构性能的条件.分别采用微分求积法、复模态法和保结构方法分析横向振动模型的前六阶频率,发现保结构方法得到的频率结果与复模态法得到的结果吻合较好,在此基础上分析了微分求积法的主要误差来源,以指导微分求积法的改进,并为复杂动力学系统的数值求解提供了新途径.

温度梯度对生物质气流床气化产物的影响

气化温度是影响生物质气化性能的重要参数,而工业气化炉内温度分布不均匀,阻碍了生物质高效气化的发展进程。为了预防或减少温度分布不均所造成的不良影响,提高生物质气化性能,通过实验方法研究了炉内温度梯度(axial temperature gradient,ATG)对生物质气化三相产物的影响。实验设定落下床的上段炉温为1300℃不变,下段炉温范围为900℃~1300℃以模拟工业气化炉火焰区存在的轴向温度梯度,以碳转化率和冷煤气效率为评价指标,对松木屑的气化特性进行了实验分析。结果表明:在ATG为100℃~300℃范围内,合成气中有效气体(CO+H_(2))产率、碳转化率和冷煤气效率随着ATG的增大而逐渐减小。半焦产率均低于0.2%,表明松木屑在上段炉(450 mm)1300℃高温区域内几乎实现了半焦的完全气化。碳烟为生物质高温气流床气化的主要含碳固体产物,其产率为半焦产率的3~6倍,且难以被完全清除。当上下两段的ATG高于300℃时,气相均相重整和气-固非均相反应在下段低温区几乎停滞,产物产率、碳转化率和冷煤气效率几乎保持不变,同时有少量焦油生成,占比约0.01%。

基于梯度塑性理论的岩样峰后变形特征研究

提出了单轴压缩的岩样在受到剪切破坏条件下的全部变形特征,即轴向、侧向、环向、体积应变及峰后泊松比的解析式。弹性应变采用虎克定律描述;塑性应变依赖于局部化带尺寸,由梯度塑性理论确定。在弹性及应变软化阶段,由于分别采用了线弹性及线性应变软化的本构关系,轴向应力-轴向应变曲线、轴向应力-侧向应变曲线、轴向应力-体积应变曲线及轴向应变-体积应变曲线都具有双线性特征。然而,在软化阶段,轴向应力-峰后泊松比曲线却是非线性的;峰后泊松比是变化的,可能超过0.5,这与泊松比不同。由轴向应变及侧向应变计算得到的体积应变依赖于试样的几何尺寸,因此,在软化阶段,轴向应力-体积应变曲线的斜率并非材料本构参数。以往的力学模型很难采用解析式描述全部变形特征,这充分体现了这里所采用力学模型的优越性。

功能梯度梁临界荷载与固有频率的微分求积法计算

运用微分求积法(DQM)研究了轴向功能梯度变截面Euler-Bernoulli梁的屈曲临界荷载和固有频率,以及轴向荷载对功能梯度变截面梁固有频率的影响。首先基于Euler-Bernoulli梁理论,建立了求解功能梯度材料Euler-Bernoulli变截面梁屈曲临界荷载和固有频率的变系数常微分方程;然后基于微分求积法原理将梁的变系数常微分方程的特征值问题转化为一组线性代数方程组的特征值问题;再由QR法计算获得功能梯度变截面梁的屈曲临界荷载和固有频率。数值计算结果表明,采用等步长均匀网格时,微分求积法计算数值不稳定甚至失真,而用变步长非均匀网格获得计算值精度较高,如切比雪夫多项式的根作为离散节点分布形式;研究还表明,轴向拉力使梁的固有频率增大,压力使梁的固有频率减小,当第1阶固有频率为零时,对应的轴向压力即为梁的屈曲临界荷载。

新型光学元件

介绍了近几年来在光电仪器中开始使用的新型光学元件，它们是衍射元件与衍射折射混合元件，溶胶－ 凝胶法高纯度特殊元件和微光学元件，轴向梯度元件以及玻璃－ 液体组合元件等。介绍了它们的应用和制造方法。这些元件给光学系统设计提供了新的自由度，并大大地简化了系统的结构和减小了系统的尺寸。

AGRIN混合光学系统设计

轴向梯度折射率(AGRIN)透镜是一种有望用来替代非球面,并在成像时优于非球面的一种方法。综述了AGRIN材料的发展历史,现状及其在镜头设计中的应用,简述AGRIN材料在光学设计中的应用和它与非球面相比的优点,探讨AGRIN材料的制造问题。发现使用AGRIN材料,不仅会使光学系统成像质量有所提高,而且在制造和测试上都有很大的优势。最后以设计一个焦距125 mm、F/4、视场25°,适用于DALSA全帧28M像素大幅面CCD的航测数字相机镜头为例,把原来的11片全球面镜头,利用2片AGRIN透镜,在保持像质不变的情况下减少到8片,而且像质均匀性和镜头结构更加合理。

含不凝气水平管内膜状冷凝的传热特性

为深入研究含不凝气水平管内膜状冷凝的传热特性,建立了含不凝气的水平管内膜状冷凝传热的数学模型。模型考虑了汽液两相流间的剪切应力引起的轴向压力梯度及不凝气在相界面处的扩散传质热阻,推导出液膜换热系数、液膜厚度、轴向压力梯度、冷凝液层角度及厚度和冷凝界面温度的理论关系式。通过对纯蒸汽冷凝液膜特性数学模型计算结果间的比较,验证了数学模型的通用性和准确性。研究结果表明:汽液两相流间剪切应力和不凝气对沿管长方向蒸汽冷凝温度的降低有显著影响,要通过增加管长来抵消其对传热性能降低的影响;进口蒸汽中不凝气浓度的降低,有利于减少传热管管长。

低速增压风洞压力测量系统设计与误差分析

低速增压风洞的雷诺数能够达到8.5×106,但与常规的风洞相比它的内部压力可高达0.4MPa。为此,设计了一套满足增压状态下的高精度风洞压力测量系统。系统采用耐压的PSI8400设备进行压力测量。通过模拟压力工作环境和分析测量的数据,找到压力风洞压力测量误差的主要原因是温漂、时漂、零偏置和压力效应。据此,采取了5点校准、正负校准等方法,消除了它的影响。通过与压力标准PCU比对和验证,这套压力测量系统的精度优于0.05%。因此这套压力测量系统可以在压力风洞中进行多种高精度的测量。这套测压系统已在增压风洞的轴向静压梯度测量中得到应用,解决了压力风洞中流场校测的测量问题。

液柱脱硫塔流动特性的实验研究

通过实验研究了液柱塔的流动特性 ,回归出了液柱喷射高度及液柱塔的阻力损失公式 ,回归计算值和实验测量数据吻合很好 .同时还测定了液柱塔的轴向压力分布和压力梯度分布 ,发现液柱塔中存在压力和压力梯度急剧变化的区段 ,该区段正是气液传质吸收的关键部分 .研究结果可为液柱塔的设计和操作提供参考 .

非平面接触永磁机构与双动式真空灭弧室探讨

介绍了一种新型结构的永磁机构——非平面接触永磁机构的基本结构和工作原理,这种结构的永磁机构能产生轴向高梯度磁场,可以大幅提高线圈磁场对动铁心动态反应能力,达到提高动铁心初始运动速度的目的;同时介绍了双动式真空灭弧室的基本动作原理及其与普通真空灭弧室的区别,对这2种技术的组合、匹配方案进行了分析研究,提出了一种能大幅提高真空断路器性能的全新设计思路,并在新一代真空断路器研发中予以应用。