高速气流作用下激光辐照结构诱导的热-力响应相似关系，因涉及多物理场之间的强耦合而非常复杂。笔者采用近似等效方法，将切向气流的作用等效为金属平板结构的力载荷和热载荷边界条件，建立了该耦合问题的无量纲控制方程，并结合主控因素分析，推导出了适用于高速气流与激光联合作用下的金属平板热-力响应特性的相似关系与尺度律。采用高速气流下强激光辐照金属平板的流-热-固多场耦合数值算例对该尺度律进行考核验证，结果表明：不同缩比率及不同马赫数条件下，满足该相似关系的缩比模型与原模型之间的热-力响应误差均在1%之内。本研究为高速气流条件下激光辐照缩比模型近似等效试验的开展奠定了理论基础。

为了解决现有金属复合板爆炸焊接技术中存在装药结构能量利用率低、环境危害大、安全隐患突出等现实问题, 对爆炸焊接装药结构进行了研究, 设计出一种简式密封装药工艺, 即一种节能型爆炸焊接复合板生产方法: 在普通型铺设炸药之上, 放置厚度2 mm左右的隔离板, 隔离板之上铺设高度为10~12 mm的金刚砂。为了验证节能型爆炸焊接与普通型爆炸焊接金属复合板的力学性能差异, 分别采用普通型爆炸焊接工艺和节能型爆炸焊接工艺进行了试验研究。采用节能型爆炸焊接技术生产的金属复合板, 经无损检测、力学性能试验表明, 其结合强度、复合率、机械性能等指标均达到或超过了国家标准GB/T 8165、行业标准NB/T 47002的技术要求。并且相比较于普通型爆炸焊接工艺, 仅仅采用炸药表面覆盖物的方法, 就可实现节能1/3的目的, 在炸药使用量减少30%的情况下, 依然得到了高于国家及行业标准规定的性能指标。实验结果表明: 采用节能型爆炸焊接工艺与普通型爆炸焊接工艺生产的复合板, 力学性能几乎相同, 都能满足大型化工装备制造领域的需求。因此, 采用节能型爆炸焊接复合板生产工艺, 实现了简洁高效、安全可靠, 节能降耗之目的。

为解决无热模块的小型化封装问题，针对现有的 2种无热补偿方案的研究提出了一种新型的基于双金属片和金属板双重补偿的阵列波导光栅（AWG）温度补偿结构。理论计算结果表明：该结构能够实现波长漂移 的温度补偿，并使金属板的长度缩小为位移无热补偿型的 14，实现模块小型化封装，通过调整双金属片的厚度、宽度以及金属板的长度来适应 AWG芯片的波长漂移量，提高了设计的灵活性。

根据基尔霍夫近似理论分析了金属粗糙表面在太赫兹频段的散射规律及影响因素, 通过加工不同粗糙度的金属铝板样品, 基于远红外激光器搭建的单频点散射特性测量系统及远红外傅里叶光谱仪(FTIR)的宽带反射率测量系统, 对粗糙铝板的散射规律进行了实验测量与验证, 发现实验测量结果与基尔霍夫近似计算结果具有良好的一致性, 证明了峰值散射系数与粗糙度和频率的负相关性, 以及与入射角度的正相关性。分析了近似光滑和较大粗糙度两种极限情况下的散射特性, 给出了基尔霍夫近似理论在太赫兹频段的适用条件。相关结论为复杂目标散射特性的理论计算奠定了基础, 对太赫兹频段雷达相关理论和技术的发展具有重要意义。

针对金属疲劳裂纹检测研究不深入的问题，本文以金属平板疲劳裂纹为研究对象，搭建了超声红外锁相热像检测实验系统，分析了调制超声激励下裂纹生热及热信号频谱的规律。研究结果表明：裂纹区域温升以裂纹根部为圆心向外呈圆形辐射状分布，而且温升逐渐递减，但是在调制频率处，裂纹区域与正常区域的相位差和幅值差明显高于其他频率处的数值。进一步，基于实验方法揭示了预紧力和调制频率等检测条件对幅值差和相位差的影响。研究成果将为超声红外锁相热像技术的金属疲劳裂纹检测研究提供理论支撑。

超声红外热像技术是一种新型无损检测技术，缺陷区域生热特性的研究有利于最优化检测方案的制定。实验分析表明：超声激励作用于含贯穿裂纹的金属平板时，与激励同侧的裂纹区域温度升高比异侧更明显，但裂纹面总体的生热效率稳定。针对上述实验现象，采用显式有限元方法建立了与实验系统对应的仿真模型,进行了机热耦合分析。在仿真模型中，采用压电-力类比方法模拟超声换能器的逆压电效应，并引入动态松弛模拟预紧力对被测平板初始状态的影响。仿真与实验结果得到了一致的裂纹区域温度分布和裂纹面生热规律，建立了裂纹面生热效率与裂纹面摩擦力及相对运动速度之间的联系，揭示了工具杆和被测平板之间的预紧力使裂纹面接触状态改变是裂纹生热向激励同侧偏移的直接原因。

为了能通过背光面温度测量获得材料激光耦合系数，从傅里叶热传导方程出发，在一定的近似条件下推导出了不透明金属材料的表面激光耦合系数与背光面温升的关系表达式，给出了工程反演算法。采用两种不同的方法对反演算法进行了验证：一是用反演算法计算30CrMnSiA材料的1.3 μm激光耦合系数，与文献报道的实验测量值进行比较；另外是实验测量4 mm-30CrMnSi钢板的背光面温升，反演得到1.3 μm激光耦合系数随辐照时间和温度的变化，然后数值计算背光面温升并与原始实验测量结果进行比较。验证结果表明，借助于背光面测温反演激光耦合系数的方法可行，精度可以满足激光辐照效应研究的要求。