在巷道施工过程中, 周边爆破是非常重要的环节, 使用聚能管爆破来提升周边爆破的效果是一种常见的方式。但是聚能管爆破的诸多参数设置不合理, 仍然会使得周边爆破的定向破坏效果不明显, 轮廓线受破坏较大, 炮孔留存度低和超欠挖的现象。为了进一步提高爆破损伤的方向性, 改善爆破质量, 需要对聚能爆破的参数进行优化, 达到更好的施工效果。使用ANSYS/LSDYNA进行数值模拟实验, 从炸药-聚能管耦合性与不同的应力波相遇位置这两个方面进行研究, 寻找相对应的合理爆破参数。对数值模拟结果进行分析, 当炸药与聚能管之间的不耦合系数为1.12时可以在保护围岩岩体与定向破坏之间取得平衡。改变相邻两组炸药的起爆位置, 使得同一水平面上的爆炸引力波相遇位置偏移至两炮孔之间3/4的位置时, 轮廓线的完整程度得到了较大程度的提高。通过这一系列结果可以得出在聚能管与药卷之间采用不耦合结构, 根据聚能管大小采用合适的药卷, 并通过改变炸药的起爆位置使得炮孔之间的应力波相遇的位置发生改变, 可以较大幅度地降低对留存岩体的损害。对这两个研究较少的参数进行优化, 从更广的角度对爆破效果进行提高, 使隧道巷道工程获得更好的轮廓线效果与炮孔完整度, 降低超欠挖。

为了使频率选择超表面获得新的共振模式，在全介质共振单元内部引入了狭缝，利用狭缝对电磁场的局域特性设计了基于该种共振单元的频率选择超表面。模拟其传输特性后发现，当狭缝的长边和入射电场方向相同时，可以在低频处出现一个阻带，电磁场主要分布在共振单元之间。当狭缝的长边和入射电场方向垂直时，可以在高频处出现一个阻带和一个通带，同时随着共振频率的增大，电磁场的局域特性更加明显，被更好地限制在狭缝内部。通过调整狭缝的宽度、数量和间距可以在比较大的频率范围内调整超表面的工作频段。同时，也可以通过旋转改变狭缝和入射电场的相对位置，实现该频率选择超表面的可重构。这些理论结果为以狭缝为基础设计更复杂结构的共振单元提供了重要的理论指导。

通过在完整三角晶格空气孔型光子晶体平板中引入两条空气槽型波导,并在槽型波导中引入折射率随甲烷气体浓度变化的敏感薄膜,设计并优化了一种甲烷与温度双参量传感器。建立光子晶体波导传感分析模型,利用平面波展开法、等效折射率方法、时域有限差分法对甲烷和温度的传感特性进行了理论分析。结果表明,两条传感通道的通带峰值中心波长会随甲烷气体浓度增加发生线性蓝移,而随温度增加出现线性红移。其中,通道1的甲烷传感灵敏度能达到0012 nm,温度传感灵敏度达到169 nm／℃,通道2的甲烷传感灵敏度能达到0010 8 nm,温度传感灵敏度达到166 nm／℃,同时结合双参数矩阵法正好能解决传感交叉敏感问题。

为了增强发光二极管(LED)散热器的散热能力并降低其质量,对传统LED太阳花散热器进行了开缝交错设计。利用Solidworks软件建立散热器三维模型,通过其插件Flow Simulation进行热仿真。以传统太阳花散热器为基础模型,通过实验得到此模型4个监测点的实际温度与仿真所得温度的平均误差为4.6%,在允许范围内,证实了仿真步骤的正确性。以此为基础,对不同开缝数量和开缝宽度对LED芯片最高温度的影响进行了研究,结果表明开缝交错设计明显增强了LED散热器的对流散热性能。当输入功率为26 W、开缝数量为9、开缝宽度为1 mm时,LED芯片的最高温度为122.15 ℃。在模型参数相同的条件下,配备开缝交错设计散热器的LED的最高温度比配备传统太阳花散热器的LED下降了8.68 ℃,且散热器质量下降了6.85 g。在自然对流条件下,开缝交错设计有效地延缓了热边界层的形成,改善了流场分布,增强了太阳花散热器的散热性能,并降低了其质量。

由于有阀压电泵内部阀体所受应力过大易导致阀体失效，本文提出了钹型开槽式截止阀来减小有阀压电泵内部阀体所受应力。基于钹型开槽式截止阀设计了有阀压电泵，分析了钹型开槽式阀压电泵的工作原理。对钹型开槽膜片进行了受力分析，研究了该压电泵的输出性能及耦合作用下的膜片应力。加工制作了钹型开槽式阀压电泵样机，建立了钹型开槽式阀压电泵的有限元模型，数值计算了流固耦合作用下的阀体应力值。计算结果表明: 在压电泵正常输出的驱动频率范围内，当驱动频率为418 Hz时，膜片所受应力的计算值也达到最大，为81.74 MPa。最后，进行了压电泵性能试验。试验结果显示: 该压电泵的输出流量最大值和振子振幅最大值均出现在低频段; 当驱动电压为160 V，驱动频率为5 Hz时，输出流量达到最大，为6.6 g/min; 驱动频率为4 Hz时，压电振子振幅达到最大，为165.8 μm。文中的研究验证了钹型开槽式阀体压电泵的有效性，并得出当钹型开槽式阀压电泵工作在低频段时，阀门所受应力远小于高频段时阀门的应力值。

设计了一种基于宽边纵缝驻波阵的高功率射频微波辐射系统, 系统由四路矩形波导以及聚四氟乙烯天线窗组成。天线内采用真空绝缘实现天线高功率容量, 天线窗真空侧采用周期刻三角槽技术抑制高功率微波介质表面击穿。在波导缝隙阵与天线窗之间设计支撑板, 除支撑天线窗外还可抑制表面波电流。采用HFSS数值模拟软件对辐射系统进行了优化设计。数值模拟结果表明, 设计的辐射系统在频率为1.575 GHz时, 增益为22.7 dBi, 天线口径效率为98.3%, 反射系数为-25 dB, 带宽达到5%, 带宽内天线增益波动小于等于0.4 dB、天线口径效率大于等于98%、主瓣指向偏差小于等于1.2°。系统功率容量达到1.92 GW。

提出了一种新颖的结构--槽型光子晶体波导结构。槽型波导将光波禁锢在低折射率槽型区域内, 不仅增加了光与物质相互作用的时间, 同时也增强了光与物质相互作用的强度,从而增强了低折射率区域的慢光效应。利用平面波展开法进行仿真模拟, 结果表明: 通过调节槽型缺陷的宽度, 槽型波导中波导模式相互作用强度增强, 槽缺陷中的电场强度约为高折射率区域的12倍, 具有很强的光控能力, 获得群速度最小值1.55×10-3c。这一结果将为基于光子晶体的光学器件的设计和应用提供有效的理论支持。

为了适应当前光通信系统对波长可调谐激光器的需求, 提出用游标效应来实现波长可调谐的激光器, 设计了一种功率稳定且频率可调的三段式开槽法布里-珀罗结构可调谐半导体激光器, 给出了系统结构的设计原理, 并进行了理论分析和实验验证。取得了三段式开槽法布里-珀罗结构可调谐半导体激光器激射谱叠加图数据, 利用光纤延迟自外差法测量激光器线宽, 对比了3种不同激光器的线宽测量曲线。结果表明, 基于游标效应设计的新型开槽法布里-珀罗可调谐半导体激光器波长调谐机制简单方便, 且具有很好的单模性和信道切换能力。该研究在未来的光通信领域中具有一定的应用价值和实际意义。

在毫米波段, 为了更精确、快速地设计出非谐振型低副瓣波导缝隙天线, 提出了一种改进型解析方法, 具体方法为在传统的斯蒂文生公式引入一个修正因子。该修正因子可大幅度提高波导宽边上的径向缝隙偏移量的解析计算精度。一般情况下, 传统斯蒂文生公式仅适用于长宽比大于10∶1的窄缝设计。而此方法则可用于低副瓣、长宽比接近4∶1的宽缝波导缝隙天线的快速设计。对修正公式进行了理论分析, 并使用改进型公式, 设计加工出了一个工作频率为60GHz的波导缝隙原型天线, 实测增益和副瓣电平分别为14.8dB和-25dB。仿真结果以及测试数据吻合良好, 证实了此改进型方法的有效性。

根据Stevenson等效电路法设计了两个X波段低副瓣波导缝隙阵列天线。通过建立多个缝隙时的谐振长度提取模型, 计算了存在缝隙间互耦时的谐振长度。两个阵列天线测试结果和仿真结果吻合良好, 线阵中心频率实测增益为17.83 dB, 其仿真结果为18.2 dB, 实测副瓣为-28.12 dB, 其仿真结果为-29.97 dB；平面阵列中心频率实测增益为27 dB, 其仿真结果为27.9 dB, 实测H面副瓣为-27.2 dB, 其仿真结果为-29.9 dB, 实测E面副瓣为-22 dB, 其仿真结果为-22 dB。