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。

介绍了激光多普勒测速仪（LDV）的原理，分析影响LDV测量精度的因素，研究了激光多普勒海流计（LDCP）在海流和海洋微尺度湍流测量中应用的可行性，通过理论计算得到系统参数及校正系数。LDCP系统的探测性能经过野外实验的验证，结果证明了激光多普勒测速技术在海洋微尺度湍流中应用的可行性。

数字图像相关法作为一种直接有效的非接触、全场光学测量方法，已广泛地应用于各个领域材料和结构的二维/三维位移和应变测量。结合先进的散斑制备技术，在显微镜下进行原位加载实验，可实现微尺度数字图像相关位移和应变测量。微尺度下试样加载过程中将不可避免地出现离面位移，由于光学显微镜景深限制，微小的离面位移将导致散斑图像失焦模糊，从而为变形测量带来相应的误差。为减小这种失焦模糊带来的误差，采用盲去卷积方法对散斑图像去模糊，并针对噪声问题采用高斯滤波的方法对散斑图像进行去噪，定量分析了图像复原对数字图像相关测量精度的影响，并对indium tin oxide（ITO）薄膜进行了拉伸实验。实验结果表明，图像复原后测量的弹性模量误差减小了13.91%，应变测量结果的精度与稳定性更高。

现有三维显微粒子图像测速系统在获取示踪粒子空间位置时需要扫描或多视角成像,导致系统复杂,无法实现微尺度流动瞬态三维速度场测量等问题,为此,提出一种基于微透镜阵列的光场显微粒子图像测速技术。该技术利用单个相机一次曝光即可获取微流场中示踪粒子的瞬时光场信息,进一步结合基于波动光学理论的光场显微成像的点扩展函数模型,用反卷积算法重建出微尺度流场中示踪粒子的瞬时空间位置分布。分析讨论了重建分辨率和空间位置误差,并开展了微尺度流场重建实验研究,验证了光场显微成像微尺度流场重建方法的可行性。

针对空间站用光学仪器上微尺度力学敏感器件随机振动响应值过大的问题, 对该器件进行微尺度、精细化建模, 研究其力学特性, 并对其随机响应采取有效抑制措施。首先, 探讨了微尺度模型边界协调和微尺度有限元变分问题, 根据微尺度结构特点, 建立4种模型, 在整机中进行系统级随机振动仿真分析, 研究了4种模型微尺度结构的力学特性。接着, 在分析比较随机加速度响应值、位移响应值与应力响应值的基础上, 对力敏器件微尺度建模方法进行了深入讨论。然后, 对力学敏感器件采取了随机响应抑制措施, 并进行了仿真分析。最后, 对该光学仪器进行了力学试验、热试验和测试试验。结果表明, 该光学仪器功能正常, 微尺度结构随机加速度响应RMS值最大降低42.4%, 随机应力响应降低均在20%以上, 应力安全裕度均远大于零; 仿真与试验加速度响应结果最大相对误差均在10%以内。证明了所提出的微尺度结构截面四单元建模方法精准、可靠。

光谱混合机制研究对混合像元解算具有一定指导意义。 利用全波段光谱仪累积期和消融期对规则和非规则分布模式下积雪-荒漠植被混合像元及纯净积雪和荒漠植被像元控制式采集反射光谱。 K-均值法计算采集影像积雪和荒漠植被面积比并分析其对应混合像元光谱变化特征以获取更加精细的光谱特征信息, 准同步Tetracam ADC3(Agricultural Digital Camera 3)采集图像并计算典型指数, 从微观尺度上证实了混合像元主要出现在地类边界处。 结果发现, 1 456～1 697 nm粗粒径冻结雪反射光谱高于新雪反射光谱, 新雪反射光谱明显高于陈雪; 因冻结覆冰, 荒漠植被光谱为积雪、 冰晶和植被枝干混合光谱信息, 新降积雪覆盖植被光谱特征为积雪和植被枝干的混合光谱信息, 不存在常规绿色植被“红边”效应; 采集角度为5°和10°时光谱低于垂直角度采集光谱, 角度大于10°随角度增加荒漠植被光谱逐渐增大。 像元内各个组成物质的面积比及所处像元的位置、 采集角度和方向都会影响混合像元的光谱组合信息。

为了在不影响柱状晶组织的前提下改善DZ17G定向凝固合金的力学性能, 采用微激光冲击强化方法进行表面处理, 通过X射线衍射、扫描电子显微镜、透射电子显微镜和显微硬度计, 测试分析微激光冲击对DZ17G定向凝固合金表面完整性的影响。试验结果表明：在水下无吸收保护层微激光冲击处理后, 合金表面发生了烧蚀、熔融, 1次冲击后形成光滑熔融区, 但随着冲击次数增加而形成了大量微小烧蚀孔洞和难熔颗粒; 表层组织仍由γ和γ′两相组成, 柱状晶内形成了高密度位错和位错缠结, 但未发生晶粒细化; 硬度在深度上呈梯度分布, 冲击1次后硬化层深度仅为100 μm, 表面硬度值达到503 HV, 提高了22.7%, 而且硬度值和硬化层深度都随着冲击次数增加而增大。

为实现微流场3D可视化速度测量，建立了基于光学相干层析技术的微粒子跟踪速度测量系统。对系统组成原理、微粒子图像提取、匹配和速度计算方法等进行研究。介绍了频域光学相干层析技术、微流场速度测量系统组成及对渗入微粒子的微流场扫描及三维成像方法。利用中值滤波、最大类间方差二值化和体积滤波等方法搜索流场中各个微粒子，实现全流场流动特性3D可视化；利用微粒子之间距离、灰度二阶矩建立代价函数，对不同时刻扫描得到的微粒子进行匹配，根据微粒子三维坐标求其运动速度。对对流流场进行了测量，实现了微米级空间分辨的微粒子图像与速度矢量显示。适合于复杂微流场的三维速度检测，对微流动器件流动特性研究具有重要意义。