采用激光自熔焊接技术对1 mm厚的304不锈钢圆管进行纵缝对接焊接试验。基于两因素和四水平的控制变量试验，通过光学显微镜、X射线荧光衍射仪和扫描电镜等分析设备获取焊接接头微观测试结果，并以表面成形、显微硬度为指标，获得激光功率为3.5 kW、焊接速度为30 mm/s、离焦量为+2 mm的最佳焊接工艺参数。研究结果显示: 焊缝中心由细小等轴晶奥氏体和树枝状铁素体组成，在焊缝边缘处存在细小的柱状树枝晶区域，这些柱状晶沿着垂直于熔合线的方向生长，且尺寸与焊接热输入成正比。最优工艺参数下热影响区显微硬度达到221 HV，焊缝的显微硬度为214 HV，不同焊接接头对应区域内的显微硬度值与热输入呈负相关性。

针对水听器的温度稳定性问题, 该文研究了一种压电圆管水听器在环境温度变化时灵敏度的变化规律。通过圆管水听器在低频时自由场电压接收灵敏度计算公式, 分析了温度对水听器的主要影响因素, 并基于热力学理论分析计算了水听器灵敏度随温度的变化规律。实测了一种圆柱形压电陶瓷的电容随温度的变化, 以及该压电陶瓷在不同包覆材料下的电容和灵敏度随温度的变化情况, 并比较分析了其与理论值的差异。结果表明, 水听器灵敏度与温度负相关, 水听器电容与温度正相关, 与理论分析一致。理论值与实际测量值的差异主要是由水听器表面包覆材料本身热膨胀特性及其声阻抗的温度特性导致。

该文设计研制了一种能耐20 MPa静水压的压电陶瓷圆管检波器。首先利用理论分析与有限元仿真相结合的方法, 对压电检波器的谐振频率、接收灵敏度及耐压性能进行了分析计算与对比验证, 进而研制样机, 并采用密闭腔比较法和耦合腔互易法测试了样机在常压和20 MPa静水压下的接收灵敏度。结果表明, 该压电陶瓷圆管检波器在常压条件下的低频接收灵敏度为(-201.9±0.5) dB, 测试频段为1 Hz~2 kHz; 在20 MPa加压条件下的低频接收灵敏度为(-197.7±0.4) dB, 测试频段为20 Hz~1 kHz。该文研制的压电检波器满足目前海洋深部地震勘探的接收灵敏度及工作频段要求, 对深水地震勘探仪器的研制具有重要意义。

圆管型换能器是水声中常见的一种发射换能器。为拓展工作频带, 工程上可通过改进电端, 将压电圆管与密绕线圈相串联来激发电路谐振,从而增加带宽, 但有限元仿真中压电元件和电磁线圈无法直接耦合在一起。因此,针对圆管-线圈耦合换能器的仿真分析难度较大,该文提出了一种压电-电磁混合有限元仿真方法, 通过在压电模型中增加电路接口, 利用电磁仿真提取线圈的电感和电阻值, 并赋予电路接口中相应元件, 使压电元件和电磁线圈耦合在一起, 进而实现整体性能仿真分析。仿真与实测结果显示二者物理规律相吻合, 验证了所提出仿真方法的有效性。

通过实验研究了相变温度为50 ℃的相变微胶囊悬浮液在1 mm 微小圆管内的换热特性，并与相同条件下的蒸馏水换热进行了对比。结果表明，在雷诺数(Re)为300~1000 范围内，不同浓度的相变微胶囊悬浮液平均换热系数和平均努塞尔数(Nu)均高于蒸馏水，且随Re 的增加而增大；相同Re 下，相变微胶囊悬浮液的平均壁面温度低于蒸馏水，且随Re 的增大而减小；随着相变微胶囊质量分数的增加，平均换热系数和平均Nu 逐渐增大、平均壁面温度逐渐降低。

双曝光全息术因可输出直观反映波面畸变的无限宽条纹而广泛应用于温度场的可视化。为了获取水平圆管周围的温度场, 采用双曝光全息术记录了直径25mm、长350mm自然对流水平圆管壁温从72℃降至22℃的简单干涉条纹。采用条纹中心法提取不同周向角的条纹位移量, 通过干涉图中R分量的峰、谷极值点来识别明、暗条纹中心, 确定级数分布, 最后反演温度场。壁面反演温度值与热电偶测量值的最大相对误差为0.059。结果表明, 双曝光全息术获取的数据真实可靠。该项研究对简单快速反演温度场是有帮助的。

根据大空间自然对流水平圆管上部上升的羽状烟柱区不符合边界层假设而导致各种解之间差异的问题，提出了利用横向大剪切量干涉实验装置来实现温度场的光学测量，得到了自然对流水平圆管在不同壁温时的实时条纹。利用彩色条纹图像中RGB原始数据中的R分量的峰、谷极值点的坐标来识别明、暗条纹并得到了全场的级数分布，以此反演出全场温度分布。实验结果表明：当圆管直径d为15.6mm、剪切量s为24.2mm时，实验得到的干涉条纹类似于利用全息干涉或马赫曾得干涉原理得到的无限宽简单条纹；干涉条纹分辨率达到75.64pix/mm；利用横向大剪切量干涉法能够准确快速地反演全场温度分布，为工程热物理分析提供相关数据。

采用固体脉冲 Nd:YAG激光器研究脉冲电流、切割速度和氮气压力对壁厚为 1 mm的薄壁不锈钢圆管切割质量的影响。以切缝宽度和切口表面粗糙度作为衡量指标, 通过正交试验得出氮气压力是薄壁不锈钢圆管切割质量的主要影响因素, 其次是脉冲电流, 切割速度对切割质量的影响在三个因素中最小, 其最优工艺参数组合为：脉冲电流 I＝170A, 切割速度 v＝40 mm/min, 氮气压力 P＝0.8 MPa。设计实验所用薄壁不锈钢圆管的专用夹具, 解决了其采用直接装夹方式时装夹变形和定位精度低的问题。

用有限元方法数值模拟了脉冲线源激光作用于厚铝管时产生的温升以及由此温升而产生的表面声波的情况,得到了逆时针向探测点和波源之间角度从φ=5°到φ=180°范围内一系列表面法向位移的时域波形,并对相同厚度不同外径的铝管的表面波进行对比。数值结果表明表面声波中显著的波为掠面纵波、头波和瑞利波,第一个瑞利波脉冲的极性在传播过程中发生了倒转现象,逆时针向看探测点离波源的角度φ,当φ较小时瑞利波脉冲是单极性的(负的),随着角度的增大,瑞利波脉冲逐渐变为双极性的,且双极性中正向极性逐渐增大,到φ=90°时变为完全双极性(正向和负向对称)。随着角度的进一步增加,双极性中负向极性逐渐减小,到φ=180°时瑞利波脉冲又变为单极性(正的)。不考虑衍射效应时,圆管中第一个瑞利波脉冲的极性和试样的尺寸无关,仅和探测点离波源的角度相关。