基于改进粒子群算法的EBG结构优化设计

提出了一种基于进化机制的EBG(Electromagnetic Band Gap)结构优化设计方法,该方法结合改进的简化粒子群算法ISPSO(Improved Simple Particle Swarm Optimization)和电磁仿真软件IE3D,实现EBG结构自动优化设计,使其达到设计指标。算法实现过程中,EBG结构的几何参数通过外部改进的粒子群优化算法来优化设计,结构特性的仿真通过电磁仿真软件IE3D来完成的。利用ISPSO/IE3D方法优化设计了一个EBG结构,仿真试验表明该EBG结构性能优异,进而也验证了ISPSO/IE3D自动设计方法对EBG结构设计的有效性。最后将该EBG结构用于微带天线设计中,提高了天线的性能。

带隙问题:第一性原理电子能带理论研究现状

电子能带结构是材料最基本的性质之一,对于材料的实际应用具有深刻影响。电子能带结构的理论描述一直以来都是第一性原理理论方法中最具挑战性的问题之一。作为材料理论计算"标准模型"的密度泛函理论,在局域密度近似或广义梯度近似下,存在着著名的"带隙问题":半导体材料的理论带隙与实验值相比存在着显著的系统性误差。近年来,以改进对带隙的描述为主要目标之一,密度泛函理论领域有很多重要发展。同时,对于带隙问题,与密度泛函理论紧密相关但又有本质区别的另外一类理论方法是基于格林函数的第一性原理多体微扰理论,其中最为流行的GW方法是当前描述材料的电子能带结构最为准确的第一性原理方法,但一直以来都受限于计算量太大而无法应用于更复杂的体系。本文综述了密度泛函理论和格林函数多体理论在电子能带结构问题上的基本原理、最新进展以及存在的挑战性问题。希望通过比较两种理论框架的异同,为未来可能的发展思路提供启发。

材料电子能带结构计算的密度泛函理论方法

材料的电子能带结构性质对其在光电能量转化中的应用具有决定性作用.发展能准确高效地预测材料电子能带结构的第一性原理方法一直以来都是计算材料科学领域中的重要问题.作为材料计算的"标准模型",局域密度近似(LDA)或广义梯度近似(GGA)下的密度泛函理论(DFT)存在显著低估材料带隙的系统性误差,即所谓的"带隙问题".以改进对带隙的描述为主要目标之一,近年来DFT领域有很多重要进展.本文阐述了在DFT框架内描述材料电子能带结构性质的理论基础,对近年来为克服LDA/GGA局限性所发展的各种新方法进行了系统评述,并针对仍然存在的挑战性问题给出了一些个人思考.此外,本文也对基于格林函数多体微扰理论的GW方法在近年来的发展进行了讨论.

基于禁带机理的加筋板减振设计方法

针对加筋板等工程周期结构在使用工况中的减振需求,提出一种利用结构中禁带特性进行减振的设计方法。禁带是指周期结构内一段弹性波无法传播的频带,通过设计周期结构,使之在特定频带内产生禁带,就可以对结构中的弹性波实施调控。基于此学术思想,建立了基于禁带特性的加强筋设计方法,解决了包括基于禁带特性的减振性能评估、禁带选取、多维参数空间的稀疏采样在内的关键技术。随后以正交加筋板为例,设计了筋条的高度和宽度,实现带宽为500Hz的禁带。基于强迫响应分析,得出了不同边界条件、材料失谐等实际因素对周期结构减振性能影响较小的结论。同时还基于结构柔顺度对加筋板进行了静力学分析和校核,发现利用该方法设计的加筋板也具有较高的静刚度,满足工程要求。