由于转盘电极原子发射光谱（RDE-AES）技术具有操作简单、无须制备样品、结果可靠性强等优良特性，被广泛应用于油液检测。但该技术采用的光源主要是电弧，由于电极磨损导致放电间隙改变造成的电弧不稳定等原因导致最后采集的光谱数据所分析的结果与实际存在误差。本文提出了一种基于“双转盘”电极结构的原子发射光谱油液检测装置的检测方法，即将传统“棒-转盘”电极结构中的棒电极更换为可以旋转的转盘电极，其显著优势是减小了电极磨损所带来的检测误差。对其结构进行物理建模，通过COMSOL多物理场仿真软件对电弧激发的过程进行了仿真，采用控制变量法研究了电极间隙、油膜厚度、外加激励三个主要变量对电弧激发效果的变化规律的影响，得到了影响因素与电弧激发时刻和激发瞬时温度的关系曲线图，并根据仿真结果进行了参数优化。仿真结果显示，“双转盘”电极结构较传统结构的激发效果有了明显改善，激发时间和激发温度都有一定的改善，尤其在大批量检测时电弧激发效果稳定，验证了该方法的先进性和实用性，为转盘电极原子发射光谱油液检测方法的进一步深入研究提供了分析支持。

采用COMSOL Multiphysics有限元仿真软件模拟不同功率、不同扫描速度的CO₂激光退火锗芯光纤过程中的温度场分布。通过分析激光退火过程中光纤温度场的分布和变化，得到较为适合的激光退火条件。结合退火后锗芯光纤的拉曼光谱测试，发现对于外径和内径分别为190 μm和28 μm的锗芯光纤而言，在所有退火条件中，2.153 W激光功率、6 mm/s扫描速度能明显改善光纤性能。本仿真研究为优化锗芯光纤特性的实验提供了参考。

为了深入研究高频超声振动(high-frequency ultrasound vibration, HFUV)对飞机薄壁结构激光焊接微熔池的影响机理, 借助COMSOL软件, 建立了激光微熔池模型, 开展了旁触式单振源模式下振幅、超声加载位置等参数对熔池声压作用规律的仿真计算, 分析了超声空化效应和声流效应的产生条件, 并试验验证了超声功率对接头微观组织以及生成相的影响。结果表明, 高频超声振动使得激光微熔池内部声压产生正负交替变化, 温度场更加均匀, 有利于空化泡的形成、闭合和超声空化效应的产生, 降低残余应力; 超声加载位置、超声振幅与熔池输入声压成正比, 超声加载位置每靠近熔池10 mm, 熔池声压增大2~3倍, 每增大4 μ倍的振动幅值, 熔池输入声压增大10 Pa; 超声振动对熔池主要起搅拌作用, 当振幅＞7 μm、加载位置到熔池距离＜60 mm时可产生声流效应, 距离＜15 mm时, 影响机制则以空化效应为主; 随着辅加超声振动场强度的增大, 焊缝组织的晶粒度呈单调增加的趋势, 即组织随超声功率的增加逐渐细化。

基于局域表面等离子共振(Local Surface Plasmon Resonance,LSPR)原理, 本文利用有限元法研究了银圆锥纳米阵列共振波长的调控方法。使用COMSOL仿真软件模拟银圆锥纳米阵列表面附近的平均电场强度随入射光的变化, 结果表明其共振波长与阵列周期和环境折射率有关。圆锥阵列周期p的增加, 导致共振波长发生红移。两者间近似呈线性关系, 可根据有效波长理论拟合得到阵列周期与共振波长间的线性关系式: p=0.97λ+21.244。圆锥半径r和高度h的变化对共振波长无影响。周期p为560 nm时, r=120 nm, h=200 nm, 共振波长峰高达到最值。环境介质折射率增加导致共振波长红移, 峰高减小, 并且出现多个共振波峰。

为了探索纳秒脉冲激光在单个微观形貌内的路径规划问题, 借助COMSOL Multiphysics有限元仿真分析软件, 对脉冲激光加工微凹坑时的温度变化和烧蚀去除材料进行了模拟预估。建立了灰铸铁缸套经高能量激光照射后的温度场和变形场模型, 在多物理场耦合作用下, 探索单点凹坑精度和效率受激光作用时间、功率等因素的影响, 建立预估数据模型, 最终仿真试验结果显示: 凹坑半径r2∝ ln(t), 深度与时间呈线性关系, 体积随时间呈二次分布。基于此仿真数据模型探索多点打击规划原则, 寻找最优重叠率, 并通过试验证实其可行性。

半球谐振陀螺仪(HRG)是极具发展前景的新型固态波陀螺仪, 其发展的关键是如何设计制造出精致可靠的陀螺结构部件。该文以工程应用中成熟半球陀螺半径尺寸为例, 对谐振子部件几何尺寸中壁厚和轴柄半径的设计从抗模态干扰方面提出优化建议, 并首次将抗冲击过载能力纳入优化设计考量因素中, 通过COMSOL软件仿真得出壁厚和轴柄半径取值范围。创新性地提出对谐振子与其他石英部件的双端固定与单端固定方式进行模态仿真。经仿真分析结果表明, 双端固定时, 轴柄高度对工作模态无干扰; 单端固定时, 倾斜模态和摇摆模态较接近工作模态频率, 且上轴柄越高, 对工作模态越易产生干扰。