采用复变函数法和镜像法，研究了功能梯度板条结构中含圆柱亚表面夹杂的热波散射问题.基于双曲型热传导方程，求解了含圆柱亚表面夹杂板条中热波散射与温度场，并给出了温度场的一般解.温度波由调制光束在材料表面激发，板条上下表面的热边界条件为表面温度等于环境温度.分析了夹杂的几何参数和热物性参数对板条左表面温度的影响，如板条的宽度和非均匀参数对板条表面温度的影响.可望为功能梯度材料的红外热波无损检测提供计算方法和参考数据.

为了提高Ti6Al4V钛合金的耐磨性能, 研究了在其表面采用激光沉积制造原位自生TiC为强化相的钛基功能梯度材料(Ti-FGM)的设计。首先对FGM组分的弹性模量、泊松比、热膨胀系数、密度以及热导率等物性参数进行估算。然后利用有限元分析的方法, 对梯度材料进行了热应力优化设计, 确定了FGM 的最佳形状分布因子P＝0.5、层数为6和单层厚度为1 mm。并根据最优参数计算出各层的组分, 为下一步进行激光沉积制备工艺提供了依据。

根据作者早期研究中提出的一种新型功能梯度驱动器,设计并制备了该驱动器,建立了理论模型,并对驱动器的性能进行了测试。这种新型功能梯度驱动器由4种基于Pb(Ni1/3Nb2/3)O3-PbZrO3-PbTiO3系列的材料复合而成,且4层材料的压电常数和介电常数在厚度方向上的梯度变化相反,这种梯度结构能使驱动器结构内部的应力分布优于传统弯曲驱动器。为了对驱动器进行优化设计,利用经典复合材料力学和压电方程建立了功能梯度压电驱动器的理论模型,并计算了不同厚度配比的驱动器受电压和自由端集中力单独作用时的准静态变形和应力分布,通过分析驱动器的内部应力,确定了各层最优厚度配比为1∶1∶1∶1。根据优化结果成功制备了功能梯度压电驱动器,并测量了驱动器自由端输出位移与输出力的关系。测量结果表明,功能梯度压电弯曲驱动器的输出位移和输出力呈线性关系,并且频率越低,输出位移和力就越大。

以Ti, 陶瓷粉末和镍基自熔合金粉末按一定比例配置的混合粉末作为预置合金涂层，采用CO2气体激光进行多层熔覆，在Ti600合金表面制备出摩擦磨损性能沿厚度方向呈梯度变化的钛基功能梯度材料(FGM)。利用扫描电镜(SEM)及X射线能谱仪(EDX)分析了材料的微观组织和成份。结果表明，采用合适的合金粉末成份和激光熔覆工艺参数，可以获得原位自生TiC增强颗粒弥散分布且其含量呈梯度变化的钛基功能梯度材料。熔覆层组织均匀细密，各熔覆层之间无明显界限，且与基体呈良好冶金结合。

提出一种运用功能梯度结构以有效降低大功率激光系统中镜子温度和镜面热变形以及减缓热应力的新方法.讨论了环形分布和高斯分布2种类型的激光源.有限元分析结果表明,通过这种方法可使硅镜和铜镜的表面热变形成倍降低,并且还能同时显著降低镜体温度.讨论了代表热学和力学性质的函数表达式的斜率对镜面热变形的影响,研究表明:功能梯度结构的热物理对镜面形变产生重大影响,而力学性质对镜面形变的影响非常小.该结论可为具有该功能梯度结构的镜子优化设计和制造提供参考.

微分传输矩阵法(DTMM)可以解析求解一维非均匀介质中的波动方程。用该方法,对几种折射率连续且周期分布的一维光子晶体进行了带隙分析。结果表明,折射率连续变化的一维周期结构也具有明显的带隙特征,折射率变化越平缓,光带隙的宽度越小。对于折射率正弦变化的一维光子晶体,其折射率变化得越剧烈,光子晶体的中心频率越小,带隙越宽;同时,折射率的平均值越大,中心频率越小,带隙越窄。由于材料的物理特性都是连续变化的,同样可以把结构推广到一维周期性功能梯度材料。