提出了一种融合新型支撑方式与灵敏度分析的光机热集成分析与优化方法，用于设计超高精度深紫外光刻投影物镜系统。首先，采用轴向多点与周向三点胶接支撑相结合的新型支撑方式，实现了212.51 mm口径光学元件的超高精度定位要求。其次，通过对光学元件进行热力耦合分析，验证了光机系统的合理性。然后，在光机热集成分析条件下，分析了单个光学元件的灵敏度，以及全部光学元件表面变形对整体光学系统波像差均方根值和校准F-tan θ（F为焦距，θ为物方视场角）畸变的影响。最后，通过调整部分光学元件的灵敏度进行局部优化，并对整体光学系统的像质进行优化。结果表明：在热力耦合条件（参考温度为22.5 ℃、极限工作温度为±2.5 ℃、重力）下，光学元件的最大表面面型均方根（RMS）值为9.86 nm，能够满足超高精度定位要求。在光机热集成分析条件下（参考温度为22.5 ℃、极限工作温度为±2 ℃、重力），优化后光学系统的波像差RMS值小于10.50 nm，校准F-tan θ畸变小于6.00 nm，相较于优化前，波像差RMS提升了46.98%，校准F-tan θ畸变提升了77.69%，达到了设计要求。

对于空间相机来说，高分辨率要求相机的焦距要长，长焦距则会导致主次镜间距变大，从而导致空间相机的体积增大，空间利用率降低。为了充分减小空间相机发射时的包络尺寸，降低空间相机的发射成本，针对同轴三反式光学系统设计了一种基于空间四连杆的高精度可重复式次镜展开机构。对该次镜展开机构进行误差分析，对次镜展开机构的模型进行有限元分析以评估机构的可靠性，并设计了机构可重复性实验验证次镜展开机构的可重复性。次镜展开机构折叠后空间相机光轴方向长度由875 mm压缩为324 mm，体积压缩63%，展开状态下的基频为96.64 Hz，重复展开位移极限误差最大为15.61 μm，倾斜极限误差最大为16.89″。结果表明，该机构实现了空间相机体积的压缩，且锁紧状态下的基频符合在轨使用要求，重复精度满足光学系统要求，能够适应微纳卫星的运载条件，可以应用于航天实践中。

以Ti6Al4V沉积层为基体，研究基体表面预处理对超音速激光沉积涂层/基体界面结合的影响。试验前，基体表面经过三种不同方式的预处理，分别为抛光、打磨和喷砂。利用X射线衍射仪和表面轮廓仪对基体表面的物相组成和粗糙度进行了分析，利用光学显微镜对涂层/基体界面结合进行了分析，利用单颗粒撞击有限元模型对颗粒与不同表面粗糙度基体的结合情况进行了分析。研究结果表明，打磨处理的基体由于表面生成氧化钛陶瓷相，涂层发生脱落。抛光处理的基体较喷砂处理的基体有更低的表面粗糙度，其涂层/基体界面结合更紧密。数值模拟表明，基体表面的起伏特征在颗粒/基体界面处促成温度和应变的不均匀分布，阻碍颗粒与基体间的紧密结合。

借助ABAQUS软件建立了微尺度激光冲击强化(micro-scale laser shock peening, μLSP)过程的有限元模型, 对T2纯铜的μLSP过程进行了数值模拟, 分析了μLSP过程中纯铜的位移、塑性应变和等效应力的动态响应情况以及残余应力的分布规律。结果表明, 冲击波作用到纯铜表面后, 极短时间内便可达到纯铜的动态屈服极限。纯铜表面的位移影响区域直径约为激光光斑的2倍, 并在27 ns时达到位移最大值约0.85 μm。随着冲击波压力的加载, 纯铜产生加工硬化, 塑性应变和等效应力的最大值均出现在加载区域内部的近表层处, 分别约为0.062 MPa和297 MPa。μLSP后纯铜表面激光辐照区域主要表现为残余压应力, 最大值约为199 MPa, 影响深度达40 μm。在激光辐照区域表面边缘存在一定的残余拉应力, 产生“残余应力洞”。同时, μLSP工艺试验结果与数值模拟结果基本一致, 从而验证有限元模型的合理性与可靠性。

固体浮力材料具有密度低和抗压强度高等性能，是载人/无人深潜器一种重要材料。固体浮力材料在高压下空心玻璃微珠会逐步发生破坏，导致吸水率增加，从而降低潜水器的正浮力，进而影响到载人/无人深潜器的安全性和使用性。浮力材料的吸水率与应力之间存在耦合关系，对浮力材料吸水率的计算造成了困难。本研究以同心球壳单胞为研究对象，通过添加子程序，采用有限元数值分析吸水过程。研究了不同厚度点、不同时间时浮力材料的体应力、吸水率、吸水扩散系数的分布、变化和相互关系；发现吸水率与体应力、扩算系数与体应力存在线性关系。将有限元分析结果与实验数据进行比较，有限元计算结果与实验数据吻合较好，验证了简化模型的有效性。文章可为全海深固体浮力材料设计和应用提供理论指导。

针对大面阵碲镉汞芯片热应力仿真分析过程中计算量与准确性不能兼容的问题，通过在芯片互联区的不同位置引入小规模铟柱阵列建立了耦合热应力的优化仿真模型。借助此模型进行热应力分析，发现在铟柱的上下表面附近区域产生了较大的热应力，同时边缘及角落处的阵列单元内部所产生的热应力更大(最高达22569 MPa)。进一步对芯片的结构进行了优化，获得了最优读出电路及碲锌镉衬底厚度。此外，仿真结果表明，单面铟是热应力较低的铟柱结构，减小铟柱的半径可以进一步减小其内部的热应力。所提出的热应力仿真优化模型为大面阵碲镉汞芯片内部的热应力分析提供了更准确有效的分析方法以及器件设计方面的理论指导。

光声池是发生“光-热-声”耦合的场所, 光声池性能的优劣直接影响检测系统的精度与灵敏度。 为了提高光声池的性能, 在传统圆柱形光声池的基础上, 提出了一种两级缓冲式光声池。 利用COMSOL软件中热粘性声学物理场接口仿真分析了缓冲隔板高度及缓冲隔板数量对光声池内声场的影响规律。 结果表明, 光声池的共振频率随缓冲隔板数量和高度的增大而减小。 当缓冲隔板的数量固定, 缓冲隔板高度H大于11 mm时, 光声池的共振频率随缓冲隔板高度的增加而急剧减小。 在光声池共振频率要求范围内, 共振频率的减小有利于光声信号幅值的提高; 当缓冲隔板的高度固定时, 光声池的声压随缓冲隔板数量的增加而减小; 当缓冲隔板高度在0～11 mm之间时, 声压值保持相对稳定; 当缓冲隔板高度大于11 mm时, 声压值随缓冲隔板高度的增加而急剧减小。 流场方面, 通过在缓冲腔内设置缓冲隔板可减小左侧缓冲腔内的速度梯度。 一级缓冲方式虽可一定程度减小速度梯度, 但在缓冲隔板处出现速度波动, 而两级缓冲方式不仅减小了光声池内的速度梯度, 而且使气体流速更加平稳。 考虑到光声信号幅值、 声压及光声池内速度梯度等指标, 选用缓冲隔板高度为11 mm, 缓冲隔板数量为2。 基于所给最优参数的两级缓冲式光声池, 仿真及实验结果表明: 所设计的两级缓冲式光声池和同尺寸的圆柱形光声池相比, 声压由3.34×10-5降低为3.32×10-5, 本底噪声由(2.83±0.11) μV降低为(1.26±0.03) μV, 共振频率由1 344 Hz降低为1 299 Hz。 虽声压减小了1.2%, 但声噪比提高了2.22倍, 且共振频率在满足要求的范围内降低了3.3%, 使光声信号幅值得到一定程度提升。 整体来说, 两级缓冲式光声池稳定了气体流动噪声, 减小了流动噪声的波动幅度, 为光声池优化设计提供了一种新的思路。