精确的光机分析是实现系统优化设计的前提。针对耦合场作用导致光机系统中光学元件面形发生非回转对称的变化, 提出了Zernike拟合的三维接口模型, 以提高光机分析数据转换精度, 实现耦合场作用下光机系统的高精密分析。对某光机系统进行重力和温度场耦合集成分析, 提取各光学面形变化的非对称分布, 并借助该三维接口模型在光学设计平台中对系统成像质量进行分析, 用于后期系统优化设计。结果表明该接口模型可应用于实际多场作用下的光机系统分析。

程长控制镜是保持环形谐振腔腔长稳定的重要器件之一, 温度变化引起的热形变直接影响环形谐振腔的光路形状和光束质量。首先利用ANSYS软件建立了程长控制镜的有限元仿真模型, 分析了不同温度条件下程长控制镜的温度场及耦合场, 得到了程长控制镜反射镜面中心形变量云图, 对变温条件下程长控制镜反射镜面中心形变规律进行了研究, 得到了反射镜面中心形变量与温度的关系函数。然后, 通过扫模实验和温度实验验证了有限元模型的正确性, 计算相对误差为2.5%。最后, 仿真分析了程长控制镜各个部件导热系数、杨氏模量、线膨胀系数的影响规律。不同材料参数下, 导热系数以及密度对形变量影响较小, 杨氏模量和线膨胀系数对形变量影响较大, 形变量与杨氏模量成反比, 与线膨胀系数成正比。本文首次研究了常温、高低温及变温条件下程长控制镜的温度场和耦合场, 并对材料参数的影响规律进行了定量分析, 研究结果对程长控制镜的材料选择与优化设计有一定指导意义。

采用正交试验方法比较了锥形工具旋转和工作台旋转两种状态下的定点加工效果，实验研究了微磨头加工过程中的电磁耦合协同作用机理。在电磁耦合场中，固相粒子被极化形成电偶极子。当锥形工具旋转时，旋转的电偶极子由于洛伦兹力引起的自旋力偶的作用发生原位振动，对工件表面产生有规律的冲击，促进了材料去除，相对于工作台旋转模式其材料去除深度明显加大；但在电磁场较弱的微磨头外围，原位振动会对链串结构造成破坏，从而减小材料去除范围。电磁场耦合方式对电磁流变协同效应有很大影响，磁场励磁电压对材料去除的影响程度最大，其次是电场电压和旋转速度。在本文试验条件下，当锥形工具旋转且励磁电压较低(5 V)时具有较好的电磁流变协同加工效果。

从麦克斯韦方程组和导热微分方程出发，导出了3维多级感应线圈炮电磁场、温度场分布的基本方程，并以电磁场和温度场有限元分析为基础，建立了3维有限元分析模型，忽略级间的相互影响，多级线圈炮中电枢温升可以等效为多个单级电枢的温升，运用通用有限元分析软件ANSYS的耦合计算流程，对单级感应线圈炮中电枢电磁场和温度场进行仿真。计算中考虑了材料物理参数随温度变化对温度场的影响。仿真结果表明：电枢内的温升主要分布在电枢的外表面和尾部；电枢的温度随着电容器组电压和电容增加而升高，这是因为总能量增大，电枢中涡流也增大，从而电枢的温度升高；电枢的触发位置和速度匹配关系，也会对电枢温升造成很大的影响;电枢的温度随着级数的增加逐渐升高，说明电枢在一定级数后达到了材料的熔点而被破坏。