1D介质型EBG噪声隔离性能的有限元建模分析

提出了一种分析多层印刷电路板电源分配网络(power distribution network,PDN)中一维(1D)介质型电磁带隙(electromagnetic band-gap,EBG)结构噪声隔离性能的1D有限元数值计算方法.将1D介质型EBG的3D结构简化为1D有限元模型,通过直接求解波动方程获得传输系数T、反射系数R以及散射参数S.利用R-T曲线可直观地判定频率禁带,而采用分贝表示的S21参数则更方便评价噪声隔离度.根据介质型EBG的周期数、介电常数和周期长度等参数对噪声隔离性能影响的仿真结果,针对少周期、不完全禁带EBG结构提出了先采用多周期EBG结构预测禁带,再通过调整介电常数和周期长度扩展禁带和增强噪声隔离度的两阶段设计方法.采用3D全波电磁仿真验证了1D有限元算法的合理性.

A Comparative Study on the Truck Frame Stiffness with Solid and Beam Element FEA Models

Truck frames should be designed and fabricated with enough rigidity to avoid excessive deflections. Finite element analysis (FEA) plays an important role in all stages of frame designs. While being accurate, 3D solid element FEA models are built upon frame configuration details which are not feasible in the preliminary design stage, partially because of limited available design data of frames and heavy computation costs. This research develops 1D beam element FEA models for simulating frame structures. In this paper, the CAD model of a truck frame is first created. The solid element FEA analysis, which is adopted as the baseline in this study, is subsequently conducted for the stiffness of the frame, Next, beam element FEA analysis is performed for validating the feasibility of the beam element FEA model by comparing the results from the solid and beam element FEA models. It is found that the beam element FEA model can predict the frame stiffness with acceptable accuracy and reduce the computation cost significantly.

具有复介电缺陷一维三元光子晶体禁带特性的研究

运用光学传输矩阵理论,研究了具有复介电常量缺陷层一维三元光子晶体的禁带特性。数值模拟结果得出:含有单缺陷的一维三元光子晶体的禁带中出现透射峰A和透射峰B,缺陷层复介电常量的虚部对透射峰B的影响很大。虚部为正时,表现为对透射峰B的吸收,随着虚部的增加,透射峰B逐渐降低;虚部为负时,表现为对透射峰B先增益然后吸收,随着虚部的增加,透射峰B先增加后减少。但缺陷层复介电常量虚部的变化对透射峰A基本不影响。本研究为光子晶体同时实现双通道滤波器和放大器提供理论参考。

对称结构一维三元光子晶体的透射谱和电场分布

用传输矩阵法研究对称结构一维三元光子晶体(ABC)n(CBA)n的透射谱及内部电场分布,结果发现:随着n的增加,出现的单条透射峰越加锋锐,光子晶体内部局域场越强;当增加介质层A或C的折射率时,透射峰向长波方向移动,且随着nA的增加,光子晶体内部局域场逐渐减弱,而随着nC的增加,光子晶体内部局域场则逐渐增强.这些传输特性可为光子晶体设计和制造新型光学器件提供参考.

两端镜像对称缺陷三元光子晶体的特性研究

运用光学传输矩阵理论,研究了两端镜像对称缺陷层一维三元光子晶体的光传输特性,并比较了一维三元光子晶体与一维二元光子晶体的禁带特性。数值模拟结果得出:一维三元光子晶体的禁带明显宽于二元光子晶体;且在三元光子晶体两端加相同缺陷层后,禁带展宽的同时出现了多个窄的透射峰。考察了影响透射峰的主要因素,缺陷层的折射率越大,透射峰越尖锐;缺陷层的光学厚度在500 nm到800 nm范围内,缺陷层的光学厚度越大,透射峰越尖锐,且向长波方向移动;光子晶体的周期数越大,透射峰越尖锐,且透射峰的个数增加。这种结构可用来实现多通道窄带滤波器,通过调节各个参数可得到所需要的波长以及通道数目的窄带滤波器。

基于预条件共轭梯度法的直流电阻率三维有限元正演研究

对直流电阻率法勘探而言,对其反演结果的精度和速度的要求越来越高,这就需要提出一套优化有限元数值正演速度和精度的计算方案。设计了系数矩阵的一维非零元素压缩存储模式,设置了索引数组以便按照行号和列号对元素进行索引,与变带宽存储模式相比,其内存占用量明显减小。为提高正演计算速度,利用预条件共轭梯度法(PCG)求解有限元中的大型稀疏线性方程组。在PCG法中,将雅可比迭代中的对角阵作为预处理矩阵,与其它预处理矩阵相比,其具有求逆方便、无需存储空间的特点,使得大型线性方程组的求解速度大大提高。另外,在直流电阻率三维正演中,采用了异常电位法,提高了电源点附近的解的精度。以二层地层的电阻率勘探为例,初步验证了计算方案的实用性。利用上述方案,重点对隧道含水断层的电阻率法超前探测进行了有限元数值正演,并进行了相应的物理模型试验。对比显示,数值正演结果与试验数据基本一致,且数值正演的速度和精度均显著提高。

基于有限元的空耦超声相控阵Lamb波激发与检测

近些年来,基于非接触式空气耦合超声换能器的无损检测技术在常规板材、纤维复合材料、层状结构材料、粘接界面等的检测中已经有了长足的发展。但是由于空气耦合超声自身特性的限制,如何提高空气声换能器的发射效率和接收灵敏度、提高接收信号的信噪比已成为这一领域的重要课题。本文提出了电容式空气超声换能器阵列的构建和制作方法,能够有效提高空气耦合超声换能器的发射效率和接收灵敏度,并应用有限元方法对一维空气声线阵的声束动态偏转特性进行了模拟,构建流固耦合模型对空气声场及各向同性板材中的位移场进行了计算。计算发现,相控阵声束动态偏转在板中能够激励出Lamb波A0和S0模式,并对其频域特性进行了分析。此模型可以用于模拟空气耦合超声相控阵对板材的Lamb波无损检测。

有缺陷的一维三元光子晶体透射谱特性的研究

运用光学传输矩阵理论,研究了有缺陷的一维三元光子晶体的透射谱特性。数值模拟结果表明:光子晶体透射谱特性将受到缺陷层折射率和光学厚度的影响。

基于宏观单元的不同特征构件和结构数值模拟

根据建筑结构中各种不同特征构件的力学模型,在截面行为上采用纤维截面模拟结构构件的压弯行为,剪切铰模拟构件的非线性剪切;在构件组装上采用斜压杆模拟填充墙对角受压的特征,采用一维杆单元来模拟水平和竖向承重墙体;并选取不同特征构件的试验模型,建立相适应的数值模型进行计算分析以验证模型的准确性。结果表明,模型具有较好的适用性。进而选取泸定地震中两个力学行为复杂并发生严重破坏的多层建筑,建立结构模型进行计算,分析结果与实际震害基本吻合,不同特征构件的响应也说明了其破坏的原因。该模拟方法可用于分析和预测类似结构的动力响应。

基于一维高阶理论的矿井提升机阶梯主轴静力分析（英文）

目的:研究基于Carrera通用表达式的一维高阶理论,将其应用于矿井提升机主轴的力学特性分析,针对矿井提升的特殊工况对主轴模型进行改进,并探究该改进模型在工况监测中的可用性。创新点:基于Carrera一维高阶理论,建立提升机主轴的一维高阶模型;根据矿井提升的特殊工况对主轴模型进行改进,得到改进的主轴一维高阶模型。方法:1.引入基于Carrera通用表达式的一维高阶理论,克服传统梁理论的局限性和三维有限元法计算经济性差等问题;2.通过理论计算、软件仿真和现场试验(图14和15),验证改进的主轴一维高阶模型的有效性和可用性。结论:1.基于Carrera通用表达式的一维高阶理论模型能够以较少的计算量得出与ANSYS三维实体模型相近的结果;2.改进的提升机主轴一维高阶模型能够准确地监测矿井提升系统的工况。