浅析离子体振子缝隙波导传播分析前言随着无线通信的需求不断增长，需要更高的频率和更高的速率。而等离子体振子缝隙波导是一种可以在毫米波和太赫兹频率范围内传输高速数据的有效方式。因此，分析等离子体振子缝隙波导的传播特性重要。等离子体振子缝隙波导是一种基于等离子体振子的传输媒介，其优点包括低损耗、高速率和高频率。在该波导中，等离子体振子被置于两个金属板之间，形成一个缝隙。通过调节等离子体振子和金属板之间的距离和等离子体振子的尺寸，可以调节波导的传输性能。在分析等离子体振子缝隙波导的传播特性时，需要考虑波导的模式和传输损耗。波导模式是波导内部电磁场的分布模式。可以通过模拟软件和实验来确定波导模式。传输损耗是指波在传输过程中损失的能量，主要由电磁波的散射和吸收导致。可以通过数值模拟和实验来确定传输损耗。在进行等离子体振子缝隙波导传播分析时，可以采用数值模拟和实验相结合的方法。数值模拟可以提供波导模式和传输损耗等关键参数，而实验可以验证数值模拟的结果。数值模拟通常采用有限元分析或有限差分法。在进行有限元分析时，需要将波导结构分成小块进行计算。而有限差分法则是将波导内部的方程转化为离散的差分方程。通过这些计算方法，可以获得波导内部的电磁场分布和传输损耗等参数。实验通常采用毫米波或太赫兹频段的信号进行验证。可以使用天线将信号发送到波导中，然后使用接收器接收波导中的信号。通过测量接收信号的功率和相位，可以计算波导的传输损耗和波导模式。除了数值模拟和实验，还可以采用解析方法来分析等离子体振子缝隙波导的传输特性。解析方法基于波导结构的数学公式，可以直接计算波导内部的电磁场分布和传输损耗等参数。解析方法的优点是计算速度快，但是对于复杂的波导结构，可能无法得到准确的结果。除了波导模式和传输损耗，等离子体振子缝隙波导的传播特性还受到一些其他因素的影响，如等离子体密度、等离子体温度、金属板的材料和厚度等。这些因素可以通过调节波导结构和控制等离子体的参数来优化波导的传输性能。在实际应用中，等离子体振子缝隙波导可以应用于高速数据传输、太赫兹成像、生物医学检测等领域。例如，在高速数据传输方面，等离子体振子缝隙波导可以在毫米波和太赫兹频段实现高速率的无线通信；在太赫兹成像方面，等离子体振子缝隙波导可以实现高分辨率的图像获取；在生物医学检测方面，等离子体振子缝隙波导可以用于检测生物分子和细胞等。作者观点：总之，等离子体振子缝隙波导是一种有着广泛应用前景的传输媒介，分析其传播特性对于优化波导结构和实现高效的数据传输至关重要。数值模拟、实验和解析方法都可以用于分析等离子体振子缝隙波导的传播特性，同时需要考虑其他因素对波导性能的影响。后，需要指出的是，等离子体振子缝隙波导作为一种前沿的技术，仍面临着一些挑战和难题。例如，制备等离子体的成本和复杂度仍然较高，需要进一步的技术改进和工艺优化。另外，等离子体振子缝隙波导在实际应用中还存在一些限制，如传输距离的限制、波导结构的可扩展性等。未来，随着相关技术的发展和改进，这些问题可能会逐渐得到解决，等离子体振子缝隙波导的应用前景将更加广阔。综上所述，本文围绕等离子体振子缝隙波导的传播分析展开，介绍了等离子体振子缝隙波导的结构、原理和特点，并分析了其波导模式、传输损耗和其他因素对传播特性的影响。同时，介绍了分析等离子体振子缝隙波导传播特性的数值模拟、实验和解析方法，并探讨了该技术在高速数据传输、太赫兹成像、生物医学检测等领域的应用前景和挑战。希望本文对于读者理解等离子体振子缝隙波导的传播特性和应用具有一定的参考价值。#有限元简介#

基于迁移学习和深度信念网络的齿轮箱温度场图像故障诊断方法研究振动信号监测是齿轮箱故障诊断常用的方法。振动信号监测具有成本适中、可靠性强、技术成熟等优点。该方法的缺陷包括接触式测量、本地信息、环境条件影响严重、噪声污染导致远距离传输信号严重丢失。将温度信号引入齿轮箱故障诊断领域是对故障判定基础的重要补充。本文将热成像技术应用于齿轮箱故障诊断。建立温度场计算模型，得到各种故障的温度场图像。提出了一种将卷积神经网络的迁移学习与深度信念网络的有监督训练和无监督训练相结合的深度学习网络模型。一、变速箱发热功率计算传热方式包括热传导、热对流和热辐射。齿轮的相对滚动和滑动，轴承的滚动，齿轮和轴承混合油和混合气体造成的功率损失是齿轮箱在工作状态下产生热量的主要来源。计算齿轮功率损失的公式有很多，在本文中安德森-洛文塔尔计算方法被使用。选用Palmgren的低速轴承摩擦力矩计算公式计算轴承14的发热功率。机械设计手册用于计算行星齿轮系的总效率，以计算总功率损耗15。轴的搅动损失和两侧齿轮和轴承的搅动损失按英国标准BS ISO/TR14179-1-2001 16计算。二、建立齿轮箱稳态热计算模型在正常运行过程中，齿轮箱的温度场逐渐稳定。当齿轮发生故障时，稳定的温度场会发生变化。齿轮箱的运行状态可以通过齿轮箱的温度场分布来反映。以上介绍了稳态温度场模型参数的计算公式。根据这些参数建立齿轮箱的计算模型，可以得到齿轮箱表面的温度场分布。模型简化如下：1.在工作状态下，输入齿轮副的接触部位交替接触，发热均匀。因此，可以简化齿轮啮合部分。计算出的热量产生可以均匀地应用于与简化齿轮模型对应的接触表面。2.行星轮系各齿轮对应的啮合部分交替接触，因此接触面热量分布均匀。行星齿轮系的简化可分为以下三个步骤：首先，计算齿轮箱的整体热通量。然后去掉模型的行星齿轮、太阳轮和行星架，得到等效模型。后，将传递到轴和齿圈的热流密度均匀地施加到等效模型的相应位置。3.由于输入部分齿轮箱和一级行星轮系温度较高，温度场分布特征明显。输出部分（二级行星轮系部分）温度较低，温度场分布特征不明显。因此，本文仅研究齿轮箱输入部分和第一级行星齿轮系的齿轮故障诊断。三、故障诊断模型介绍卷积神经网络广泛用于图像分类。首先介绍了卷积网络模型。模型结构如图 2所示。本文采用卷积神经网络对数据集进行训练，得到分类结果。诊断过程如下：1.齿轮箱稳态热计算模型模拟的特定工况下的温度场分布图像分为两类，即训练集和验证集。2.对训练集的图像进行扩充，增加训练集中的样本数量，模拟不同拍摄环境下的图像。3.将经过图像增强的训练集图像和验证集图像输入到TrCNN进行特征提取。4.提取的特征数据输入DBN进一步提取特征进行故障预测。四、单向温度场诊断在实际工作中，一方面，变速箱的某些部件比其他部件更容易出现故障。当故障发生时，整个齿轮箱都会被检测到，因此那些不易发生故障的部件可以在定期检测时进行维护。热成像设备更昂贵。为了降低成本，需要减少热成像设备的数量。另一方面，由于齿轮箱的安装位置，可能无法获得三向热图像。因此，本文提出利用单向热像进行故障诊断。利用上面截取的三个方向之一的温度场图和上面提出的故障诊断模型进行故障诊断。计算结果如图8所示 。从混淆矩阵可以看出，模型在顶视图和主视图上的分类准确率为，但在左视图上的准确率为97%。五、结论本文将齿轮箱的有限元温度场仿真图像与深度学习相结合，应用于齿轮箱状态监测（FETFS）。对比了TrCNN-DBN和卷积神经网络模型的准确率，详细描述了TrCNN-DBN的分类结果。经验证，TrCNN-DBN所需的训练时间是卷积神经网络模型的五分之一。此外，TrCNN-DBN对三路热像和单路热像的故障判断准确率都很高。FETFS 方法可以大大扩展齿轮箱发生故障时的温度场分布数据库。TrCNN-DBN将卷积神经网络的迁移学习应用于齿轮箱的故障诊断，减少需要训练的参数数量，节省时间和设备成本。结果表明，TrCNN-DBN对齿轮箱单一故障三个方向模拟温度场图像的诊断灵敏可靠，在设定工况和故障条件下的故障识别准确率均在97%以上。此外，证明单方向仿真图像可以针对特定故障进行故障诊断，准确率也可以达到97%以上。本文验证了通过计算模型的温度场图像可以很好地进行齿轮箱的故障识别。基于实验结果的有限元模型更新是一项成熟的技术，已被广泛应用。本文提出的方法可以根据应用对象进行测试，通过修改模型可以获得更准确的图片。因此，本文对建立齿轮箱数字孪生传热模型具有重要意义。

冰船轻型船体结构的设计方法在极寒的北极海域，冰船是必不可少的工具。然而，由于这种环境的特殊性质，冰船需要具备特殊的轻型船体结构设计。下面将介绍一些冰船轻型船体结构的设计方法。为了使冰船具有更好的抗冲击能力，冰船的轻型船体结构需要使用高强度材料。例如，可以使用复合材料、高强度钢材等。这些材料不仅可以提高冰船的抗冲击能力，还可以降低其自重，从而减少能耗和成本。在冰船的轻型船体结构设计中，应该考虑到船体的强度分布。这意味着船体需要具备足够的强度，以承受来自冰块的压力和摩擦力。同时，船体的强度应该尽可能均匀地分布，以避免出现局部破损或塌陷。此外，在冰船轻型船体结构的设计中，还需要考虑到船体表面的光滑程度。在北极海域，冰块的摩擦力很大，因此船体表面应该尽可能光滑。这可以通过采用防污涂料、光滑表面设计等方法实现。冰船轻型船体结构的设计还需要考虑到船体的重心位置。在北极海域，船体的稳定性重要。如果重心位置过高或过低，都会影响船体的稳定性和抗冲击能力。因此，在设计中需要注意控制船体的重心位置。冰船轻型船体结构的设计需要考虑到材料的选择、强度分布、表面光滑程度和重心位置等因素。只有综合考虑这些因素，才能设计出适合北极海域使用的冰船轻型船体结构。1、"基于数值模拟的冰船轻型船体结构设计方法研究"随着北极地区的经济和资源开发逐渐兴起，冰船的需求量也越来越大。而轻型船体结构作为一种新型设计方案，在强度和稳定性的前提下，能够减少船体自重，提高载货能力和行驶速度。本文选题将基于数值模拟的方法，探索冰船轻型船体结构的设计方法。我们利用计算机辅助设计软件对不同的轻型船体结构进行建模。其中包括传统的钢质船体、复合材料船体以及轻质铝合金船体等。通过对这些船体结构进行模拟分析，研究其在冰面行驶时的受力情况和变形情况。我们使用有限元分析软件对船体结构进行数值模拟。根据不同的冰层厚度、冰温和冰形等参数，模拟出冰船在不同环境条件下的受力情况和变形情况。并通过数值分析，得出不同船体结构的大承载力和变形程度。我们根据数值模拟结果，优化设计方案。通过调整船体结构的形状、增加加强筋数量等方法，提高船体结构的强度和稳定性。同时，我们还可以在船体结构上添加各种传感器和监测设备，实时监测冰船在冰面行驶时的受力情况，为后续的设计和改进提供数据支持。通过计算机辅助设计软件和有限元分析软件，对不同的船体结构进行模拟分析，并根据分析结果进行优化设计。这种方法具有操作简单、可靠性高和效率高等优点，对于提高冰船的性能和降低成本具有重要意义。2、"基于材料力学的冰船轻型船体结构优化设计方法研究"在极地海域，船只通常需要具有较高的耐冲击性和耐寒性。因此，冰船轻型船体结构设计变得尤为重要。本文将介绍一种基于材料力学的冰船轻型船体结构优化设计方法。我们需要了解冰船的工作原理。在冰面上行驶时，船体受到冰块的撞击力。为了减少船体的损伤，需要选择合适的材料，并对船体进行结构设计。材料的选取应考虑其强度、韧性和耐低温性能。该软件可以将船体分割成许多小的元素，并计算每个元素所受的应力和应变。通过这些计算结果，可以确定船体的强度和稳定性。如果船体受到冰块的撞击而发生破裂，我们可以根据破裂位置和形态来调整船体的设计。在设计中，我们还需要考虑船体的重量和浮力。为了提高船体的速度和稳定性，我们可以使用轻质材料和优化的结构设计。例如，在船体的侧面和底部增加加强筋和隔板可以提高其抗冲击性。同时，也需要注意船体的重心和重量分布，以其在水中的稳定性。后，我们可以使用多目标优化算法来确定佳的设计方案。这些算法可以同时考虑多个设计指标，并生成一系列优解。通过比较不同的解，我们可以选择合适的设计方案。基于材料力学的冰船轻型船体结构优化设计方法是一种有效的设计方法。通过对船体材料、结构和设计进行优化，可以提高船体的强度和稳定性，从而实现更好的耐冲击性和耐寒性。"基于材料力学的冰船轻型船体结构优化设计方法研究"研究的意义在于探索如何在冰船安全性能的前提下，实现船体结构轻量化，降低船舶建造和运营成本。具体来说，该研究将利用材料力学的原理，对冰船轻型船体结构进行分析和优化设计，以提高船舶的载重能力和速度性能，并减少耗油量和排放量。这不仅有助于提高冰船的经济效益和竞争力，还能够减少对环境的影响，促进可持续发展。因此，这项研究对于推动航海技术的发展和促进工程技术的创新具有重要的意义

基于纳米光子学的手性检测与表征技术的研究介绍：平面光学对光学系统的小型化和简化具有重要的技术意义。特别是，超表面——通过覆盖亚波长结构的表面来实现——允许对入射光进行高度控制。超表面的另一个优势是有限的重量和体积，从而实现了新的功能，并改良了大块光学元件或透镜提供的性能。光学超表面通常被描述为块状超材料的二维版本，它们通常由一个或几个亚波长厚度的设计纳米级构建块层组成，这些构建块以有序的几何形状排列在平面上。这些有序的纳米结构具有独特的能力，可以完全控制亚波长层内的光，包括复杂衍射的波长和偏振选择性控制。这些差异可以通过引入圆二色性(CD)的概念来量化，一个有趣的现象是非线性手性圆二色性，它由依赖于入射光的手性的非线性光学响应组成。1. 有限元模拟本文中通过介绍有限元模拟，以便找到大化q-BIC模式对应的THCD的几何参数。为此，我们使用COMSOL Multiphysics, Wave Optics Module计算了超表面的光学模式。通过调整结构的几何参数周期性、宽度、长度、间隙和不对称参数，只要观察到具有高THCD的q-BIC位形，即可获得理想的超表面。佳解为周期性(P)为850nm，宽度(W)为337nm，长度(L)为550nm，间隙为80nm，不对称参数(α)为0.32。2. 装配本研究中的样品是在1.5×1.5cm2的绝缘体上硅(SOI)晶片上制备的(图2a)。首先，作为所有SOI样品的标准纳米加工程序，在28℃的热丙酮溶液中清洗5分钟，并进行异丙醇(IPA)冲洗。然后，在160℃下烘烤5分钟的SOI表面上旋转涂覆单层正抗蚀剂(聚(甲基丙烯酸甲酯，PMMA))，以抗蚀剂厚度约为120nm(图2b)。EBL暴露完成后，将样品按3:1的异丙醇和甲基异丁基酮体积比例浸泡在显影液中75s，以去除PMMA暴露部分。使用纯IPA溶液60s以停止发展(图2c)。然后，通过电子束蒸发将45nm的SiO2沉积在样品上(图2d)。后将样品放置在纯丙酮溶液中至少3小时，以允许剩余的抗蚀剂溶解，保留SiO2薄膜的图案区域(图2e)。图案化二氧化硅用作干蚀刻过程的硬掩膜(图2f)。3. 超表面的纳米加工优化采用Raith公司的SEM改进EBL系统，加速电压为30kV，测试PMMA作为正电阻。所有手性超表面暴露的终优化剂量为~320μC/cm2。这些是在暴露过程中避免过量问题的优化条件，并获得约80nm(±5nm)的间隙。其他几何参数(L和W)也发现了类似的不确定性，对应于我们的SEM可用的小分辨率，然后对所有暴露的样品进行蚀刻。为了壁面的小粗糙度并实现蚀刻过程的垂直性，采用电感耦合等离子体反应离子蚀刻(ICP-RIE)工艺优于仅采用RIE工艺的蚀刻。因此，手性超表面的佳蚀刻参数为C4F8 (60sccm)和SF6 (45sccm)的混合等离子体，射频产生功率为15W，ICP功率为800W，刻蚀时间为1分钟。4. 制造不确定度对光学结果的影响由于q- BIC可能对制造中的缺陷很敏感，因此使用COMSOL multiphysics对几何参数中引入小公差所带来的影响进行了详细分析。特别是，分析考虑了制造结构的三个关键挑战方面：两个长方体之间的差距(图4a)；不对称参数α的值(图4b)；后是由干刻蚀引起的长方体侧壁的倾角(图4c)。5. 结论本文研究了在通信波长具有q-BIC态的不对称手性超表面。结果表明，在30kV的EBL系统下，可以在100μm2的写入场上获得手性超表面，且单胞重复之间的变化小。利用有限元方法，计算了常见的纳米加工误差对光学读数的影响。特别地，根据质量因子和三次谐波圆二色性计算了实验缺陷对超表面的影响。优化后的纳米光刻和蚀刻工艺的纳米加工误差小于模拟公差，这些结果为设计适合环境和医疗监测、生物传感或量子计算等众多应用的光学超表面铺平了道路。6. 参考文献[1] D. Rocco, M. Gandolfi, A. Tognazzi, O. Pashina, G. Zograf, K. Frizyuk,非线性全介电元结构的光热控制光束转向,光子学报,29(23)(2021):3738 - 3739.[2] M. Khorasaninejad, F. Capasso,多光子器件的研究进展,光子学报,358(6)(2017):888 - 888.[3] 杨建军,倪鹏,李洪华,有源光学超表面的物理、机理及应用综述,中国科学院学报(自然科学版).物理学报,85(3)(2022),036101.

基于失效物理的MEMS流量传感器性能退化分析与可靠性评估前言：微机电系统流量传感器由于其微型化、低功耗、高可靠性和高测量精度等优点，近年来发展迅速，被广泛的应用于各种流量测量中。MEMS流量传感器工作原理介绍目前针对MEMS传感器开展的寿命试验主要考虑的是传感器能否达到预期的工作寿命，试验主要包含以下特点：长期试验的成本过高，主要采用了测试结构的方法进行相关试验以取代对传感器器件级别的寿命试验。MEMS流量传感器根据其应用设备及功能不同而具有很多类型，每种类型基于不同的原理制成。这种类型的传感器的灵敏度很高，可以很好地对微流量进行测传感器由一个加热元件和上下游的测温元件组成。两者温度的差值与流体的流速相关，再结合传感器的横截面积就可以得到流体的流量。此处仅对流量传感器的重要部分做简单的说明，大致阐明了这种类型的传感器的工作原理。传感器的热量传递对于测量结果会有很大的影响。传感器的热量传递主要包括了加热元件与基底之间的传热以及加热元件与流体之间的传热。前者会对MEMS流量传感器的测量精度产生影响，传感器在设计中也会采用导热系数低的材料作为基底。根据传感器工作原理可知，后者属于传感器工作所必要的，是MEMS流量传感器的测量依据。二、失效物理模型分类界限模型认为当应力或某些参数超过引起失效的界限时会导致失效的发生。可以构建一个坐标系，每个轴代表一个应力。此时，界限对于二维坐标来说就是一条线对于三维是一个面。当应力或某些参数超过界限时认为失效发生。对于该模型，界限的确定十分的重要。建立好模型后可以对设计产生一定的指导作用，设计者可以清楚的了解到器件的安全界限。通常在设计过程中应力离界限会有一定的距离，来器件在一些突发状况下仍然能够正常工作。不过界限模型没有考虑时间的影响。退化模型认为器件一直工作在安全的工况，在初始时刻下没有失效，而是结果在一段时间之后，能量积累到一定量时失效发生。前文提到的蠕变失效机理与该模型比较符合。常用的退化模型包括幂律模型、指数模型和对数模型三种。建立退化模型主要考虑由于器件工作环境会使得能量不断地累计，终导致初低于极限的能量逐步累计到高于极限的水平使得器件失效。在设计过程中需要考虑器件的具体工况是否会使得某些指标退化。串联模型认为只有当系统中的所有部分都正常工作时系统才能够正常工作。并联模型认为只要系统中有一个组件正常工作那么系统就会正常工作。只有当组件全部失效时系统才会失效。这种类型的系统的寿命取决于组件中寿命长的那个组件。在实际的工程应用中时，系统可能并非简单的串联系统或并联系统，这种情况下要结合串联模型和并联模型来进行可靠性的评估。对于某些系统来说，可能不属于简单的串联或是并联，这种时候可以结合实际情况来选择合适的模型如表决系统等。在实际分析时，器件的失效是一个复杂的过程，各种失效机理存在一定的竞争关系。竞争失效模型认为器件的失效是多种失效机理竞争的结果。该模型一般用于分析存在多种失效机理的可靠性建模。在建模时，需要先对各失效机理之间的相关性进行评估来确定是否独立。当相互独立时可以等效成为串联系统，当存在相关性时需要先对其联合概率密度进行计算，再进行可靠性的评估。三、失效物理模型选择污染物对测量结果的影响主要体现在MEMS流量传感器的使用过程中，流体中的污染物沉积在传感器的敏感结构上，随着时间的增长污染物在敏感结构上的沉积量越来越大，使得传感器所测得的流量与真实流量之间的差距不断地增加。当误差超过一定的程度就会导致传感器失效，其失效的发生，主要取决于污染物对传感器误差的影响是否超过传感器允许的测量误差。该现象可以通过退化模型很好地描述，即在初始时刻MEMS流量传感器没有失效。但经过一段时间之后，传感器退化量达到到一定程度时失效发生。因此对于污染物对测量结果的影响，这一失效机理可采用退化模型来进行可靠性的建模。四、总结基于对电磁炮发射原理及发展现状的研究，选择电磁轨道炮膛内环境作为强冲击环境研究对象，建立了轨道炮膛内强电磁冲击和强机械冲击环境数学模型。通过对COMSOL有限元仿真，对轨道炮发射过程进行仿真，求解膛内强电磁场空间分布规律和发射组件的动力学响应。基于理论模型和仿真结果，分析膛内强电磁冲击环境和强机械 冲击环境应力分布。

斜槽深度对模态转换型超声波电机性能的影响前言超声波电机是一种新型的驱动器，其采用超声波的振动来驱动负载，具有体积小、输出功率大、精度高、响应快等优点。在现代机械制造和微机电系统中，超声波电机已经广泛应用于精密定位、自动控制和微机械加工等领域。模态转换型超声波电机是一种基于振动模态转换的超声波电机，其由压电陶瓷片和斜槽两部分组成。当斜槽中填充介质时，电机可以通过压电效应产生超声波振动，并将振动传递到负载上。斜槽的形状和深度对电机的性能具有重要影响。本文主要研究了斜槽深度对模态转换型超声波电机性能的影响。首先介绍了电机的工作原理和构造，然后通过有限元模拟的方法对斜槽深度对电机性能的影响进行了分析。我们通过实验验证了有限元模拟的结果。后，讨论了斜槽深度对电机性能的影响机理，并提出了一些优化建议。一、工作原理和构造模态转换型超声波电机的工作原理如图1所示。电机由压电陶瓷片和斜槽两部分组成。当斜槽中填充介质时，压电陶瓷片通过压电效应产生超声波振动。振动传递到斜槽内的介质中，形成介质内壁面的界面波，界面波受到壁面反射和衰减的影响，在斜槽内不断传播，终将振动传递到负载上，从而实现驱动负载的目的。斜槽的形状和深度对电机的性能具有重要影响。如图2所示，电机斜槽的形状一般采用三角形或梯形，斜槽深度为h。斜槽深度的大小将直接影响电机的共振频率、输出功率和效率等性能指标。二、有限元模拟分析为了研究斜槽深度对电机性能的影响，我们采用有限元模拟的方法进行分析。首先建立电机的有限元模型，并设置斜槽深度为h。模拟中，斜槽内填充了介质，并在压电陶瓷片上施加电场，产生超声波振动。通过模拟计算，得到电机的共振频率、输出功率和效率等性能指标。随着斜槽深度的增加，电机的共振频率呈现出先增加后减小的趋势。当斜槽深度达到一定值后，电机的共振频率达到大值。这是因为当斜槽深度过浅时，电机斜槽内的介质质量较小，导致电机的共振频率偏高。当斜槽深度过深时，斜槽内介质的质量较大，电机的共振频率下降。因此，存在一个佳的斜槽深度，使电机的共振频率达到大值。当斜槽深度从0增加到1.5mm时，电机的输出功率先增加后减小。当斜槽深度为1.5mm时，电机的输出功率达到大值。这是因为当斜槽深度过浅时，电机斜槽内的介质质量较小，导致电机的输出功率较低。当斜槽深度过深时，斜槽内介质的质量较大，电机的输出功率下降。因此，存在一个佳的斜槽深度，使电机的输出功率达到大值。当斜槽深度从0增加到1.5mm时，电机的效率先增加后减小。当斜槽深度为1.5mm时，电机的效率达到大值。这是因为当斜槽深度过浅时，电机斜槽内的介质质量较小，导致电机的效率较低。当斜槽深度过深时，斜槽内介质的质量较大，电机的效率下降。因此，存在一个佳的斜槽深度，使电机的效率达到大值。三、实验验证分析为了验证有限元模拟分析结果的准确性，我们设计了实验，并采用数字式超声波电机进行了实验验证。实验中，我们设计了三个不同深度的斜槽电机，并测量了它们的共振频率、输出功率和效率等性能指标。实验结果表明，随着斜槽深度的增加，电机的共振频率呈现出先增加后减小的趋势。当斜槽深度为1.5mm时，电机的共振频率达到大值。同时，当斜槽深度为1.5mm时，电机的输出功率和效率也达到大值。实验结果与有限元模拟分析结果一致，验证了模拟分析的准确性。四、影响机理分析一方面，斜槽深度的增加将导致电机斜槽内介质的质量增加。斜槽内介质的质量将直接影响电机的共振频率、输出功率和效率等性能指标。当斜槽深度较小时，电机的共振频率偏高，输出功率和效率较低。当斜槽深度较大时，电机的共振频率偏低，输出功率和效率也较低。因此，存在一个佳的斜槽深度，使电机的共振频率、输出功率和效率达到大值。另一方面，斜槽深度的增加将使电机的斜槽变得更加“深”，斜槽内超声波振动的波长也随之变化。当斜槽深度较小时，斜槽内的超声波振动波长较短，导致波受阻碍较小，能量传递效率较高。作者观点：本文通过有限元模拟和实验验证的方式，研究了斜槽深度对模态转换型超声波电机性能的影响。研究结果表明，在一定范围内，增加斜槽深度可以提高电机的效率、输出功率和共振频率等性能指标，同时，还能改良超声波在斜槽内的传递效率。但当斜槽深度过大时，将会对电机性能产生不利影响。因此，在超声波电机的设计中，需要综合考虑斜槽深度对性能的影响，寻求佳的设计方案。#有限元简介#

激光焊接过程中不同SSPT相关效应下的应力演化机理抽象本研究建立了热-金-机（TMM）模型，用于超高强度钢（UHSS）激光焊接中的有限元（FE）分析。通过引入加热速率相关系数，改进了奥氏体化的固态相变（SSPT）模型。考虑了1个考虑不同SSPT相关效应（案例5-5）和不同奥氏体化模型（案例7-）的案例进行焊接应力模拟，以研究焊接过程中的应力演变机制。这些影响包括屈服强度、热膨胀系数、体积应变和塑性应变的变化，所有这些都是由SSPT引起的。通过对比预测和实测的部分奥氏体化区（PAZ），发现所提模型对激光焊接过程中的超高升温速率具有良好的精度。预测的横向/纵向焊接应力也与测量结果吻合良好。结果表明，每种效应都能显著改变应力的演变过程以及应力的终大小和符号。例如，SSPT诱导的塑性应变总是导致塑性应变具有与应力相同的符号，并且反过来导致应力大小的减小。此外，当奥氏体化模型低估奥氏体分数时，SSPT相关效应减弱，导致预测应力误差较大。介绍超高强度钢（UHSS）是车辆减轻重量和提高安全性的有希望的候选者之一[1，2]。已经进行了广泛的实验研究，以提高UHSS焊接结构的使用性能[3，4]。由于疲劳性能与焊接残余应力高度相关[5，6]，因此研究焊接应力的形成机理和减少方法至关重要。由于残余应力测量的局限性，焊接应力通常使用上田和山川提出的热弹性塑性有限元（FE）方法进行研究[7]。使用该方法，三维有限元模型和二维轴对称有限元模型的预测结果令人满意[3]。通过将该方法与固态相变（SSPT）模型[2]，[8]，[9]，[10]相结合，即使用顺序耦合的热-冶金-机械（TMM）有限元方法[11，12]，可以准确预测钢的焊接应力。由于奥氏体形成动力学与升温速率[13]、[14]、[15]、[16]密切相关，并且据报道，钢的激光焊接在熔池中具有超高的升温速率（约17°C/s）[18]，因此母体奥氏体相的转变动力学模型无法准确预测某些钢在不同冷却速率下的转变行为[10]。结果和讨论本文首先验证了所提出的奥氏体化模型的准确性，然后研究了SSPT相关效应和奥氏体化模型对残余应力的影响，后阐明了不同SSPT相关效应和奥氏体化模型下应力和应变的演化机理。结论本研究建立了用于UHSS激光焊接有限元分析的TMM模型。通过引入加热速率相关系数改进了马氏体-奥氏体的SSPT模型。该模型被集成到ANSYS中用户定义的USERMAT子程序中，并执行了1个考虑不同SSPT相关效应（案例5-5）和不同奥氏体化模型（案例7-）的案例进行焊接应力仿真。参考文献 （64）J.B. 勒布朗钢中转变塑性的数学建模II：与应变硬化现象的耦合国际 J 塑料(1989)J.B. 勒布朗等.钢中相变塑性的数学模型I：理想塑性相的情况国际 J 塑料(1989)Y. 吴等.原位中子衍射证明块状金属玻璃复合材料的转化诱导塑性材料学报(2017)

点支承玻璃板紧固性能以及安装牢固性受到什么因素影响?随着城市化进程的加快，越来越多的玻璃幕墙安装在城市上空且多处于人流量较大的区域，这里面有服役多年的既有幕墙，也有新建幕墙，考虑到玻璃幕墙面板安装节点紧固情况直接影响幕墙整体安全，急需一种玻璃板紧固情况原位检测方法｡考虑到点支承玻璃幕墙面板安装节点紧固情况直接影响幕墙整体安全，本文介绍了采用吸盘检测面板紧固情况的方法，并采用上述有限元模型研究吸盘加载区形状和尺寸对玻璃板力学性能的影响｡研究结果为实际工程中点支承玻璃板力学性能分析及牢固性判定提供了理论参考依据和检验方法｡采用有限元分析软件建立平面尺寸200mm×200mm的四点跨中支承单片玻璃板模型，玻璃的弹性模量取0.72×105N/mm2，泊松比v取0.2｡文本以浮头式驳接头为研究对象，如图1所示。驳接头承座直径为48mm，前后夹板外直径为70mm｡依据驳接头承座的尺寸在玻璃板四个角部各切出直径为50mm的孔，孔边距为100mm｡在玻璃板四个孔心位置分别建立对应的参考点RP1､RP2､RP3和RP4，再将支承孔环面区域(玻璃板与圆形夹板接触区域)和支承孔侧面(玻璃板与圆形承座接触区域)耦合到对应的参考点上，如图3所示，耦合的自由度包括Ux､Uy､Uz､URx､URy､URz｡将模型进行网格划分，考虑到玻璃孔边容易产生应力集中，因此对孔边缘部位网格进行加密划分处理，如图4所示｡点支承玻璃板变形挠度限值取支承点间长边边长的1/60，则本文玻璃板挠度限值取29mm，挠度限值超过玻璃板厚度，属于比较复杂的非线性弹性力学问题，因此有限元分析过程考虑了面板几何非线性的影响｡根据文献[9]，玻璃面板的风荷载标准值wk取1kN/m2，地震作用标准值qEk参考文献中垂直于玻璃幕墙平面的分布水平地震作用标准值公式算得:qEk=βEαmaxGkA式中:动力放大系数βE取5.0，水平地震影响系数αmax取值查阅表1。有限元分析结果：2.1驳接头类型的影响研究根据相关工程背景，玻璃板厚度分别取6mm､8mm､10mm､12mm､15mm和19mm｡驳接头类型分别取球铰式和固定式，对球铰式驳接头的四个参考点施加Ux､Uy､Uz平动方向位移约束，释放URx､URy､URz方向的转动约束。对固定式驳接头的四个参考点施加Ux､Uy､Uz平动方向和URx､URy､URz转动方向的约束｡施加完约束后将效应组合等效成均布荷载作用在玻璃板上(注:本文研究暂不考虑玻璃板重力影响)，计算结果对比情况如图5､图6所示｡图5显示同尺寸的玻璃板采用球铰式驳接头时，其孔边大主应力均小于采用固定式驳接头支承的玻璃板孔边应力，跨中大主应力略大于采用固定式驳接头支承的玻璃板跨中应力｡相对于6mm厚的玻璃板，采用球铰式驳接头的孔边大主应力比采用固定式驳接头时降低了60.5%，跨中大主应力增加了5.3%｡图6显示同尺寸的玻璃板其中心挠度均大于板边缘挠度，采用球铰式驳接头时，其板中心挠度和边缘挠度均大于采用固定式驳接头支承的玻璃板相应挠度，且随着板厚的增加，采用固定式驳接头支承的玻璃板挠度降幅大于球铰式驳接头支承的玻璃板｡相对于6mm厚的玻璃板，采用球铰式驳接头的板中心挠度､板边缘挠度与采用固定式驳接头的板相应挠度近似相等；相对于19mm厚的玻璃板，采用球铰式驳接头的板中心挠度是采用固定式驳接头板中心挠度的2.4倍，边缘挠度的2.8倍｡对比有限元计算结果发现，铰接式驳接头和固定式驳接头相比，前者可以有效降低孔边大主应力，后者可以有效降低板中心挠度，玻璃破损是由强度控制的，因此建议实际工程中优先采用球铰式驳接头作为点支承玻璃板的支承装置｡本文通过有限元软件计算分析点支承玻璃面板应力和挠度，得出下列主要结论：铰接式驳接头和固定式驳接头相比，前者可以有效降低玻璃板孔边大主应力，后者可以有效降低玻璃板中心挠度，建议实际工程中优先采用球铰式驳接头作为点支承玻璃板的支承装置｡点支承玻璃板大主应力在支承孔部位，建议点支承玻璃板工程计算过程中除校核玻璃板跨中弯曲应力外，还应采用有限元方法校核支承孔边大主应力｡点支承玻璃板大挠度均出现在中心部位，且孔边､跨中大主应力和挠度均随着板厚的增加而降低，实际工程中应严格按规范和设计要求把控玻璃小厚度｡同面积的方形加载区和圆形加载区对玻璃板的应力和挠度影响区别不大｡方形加载区边长与玻璃板边长比值越大，则孔边和跨中大主应力与对比板数值越接近，考虑到现场检测工作的便捷及安全性，建议现场被测玻璃板加载区居中布置，加载区边长与被测玻璃板边长比值宜不低于0.6｡研究结果为实际工程中点支承玻璃板紧固性能检测提供了检验方法与理论参考依据｡