爆破等动力扰动散射产生动应力集中是导致地下结构发生失稳破坏的重要因素。基于波函数展开法建立了平面P波入射下深埋管道的理论模型, 引入傅里叶变换和Duhamel积分方法求解了深埋圆形输水管道周围的瞬态响应, 分析了波长对瞬态响应的影响。考虑到地应力是深部结构失稳不可忽略的因素, 而含初始应力的动力学方程无法有效解耦, 因此借助LS-DYNA有限元软件建立数值模型, 分析了初始应力作用下深埋管道的动力响应机制。研究结果表明: 短波入射产生的压应力集中更大, 长波入射导致的拉应力集中更大, 沿入射方向极易出现拉应力集中。在初始应力的作用下, 侧压系数越大, 对动态应力集中响应的抑制作用愈发明显; 另外, 处于初始应力状态下的管道及周围岩体在受到动态冲击时, 应力状态会发生较为剧烈的波动。这些研究现象揭示了地下管道的动态响应机制以及地应力环境产生的影响, 对深部地下结构的抗震优化设计具有借鉴和指导意义。

为了探明大直径中空孔直眼掏槽爆破的力学机理, 采用理论分析和数值模拟方法研究了大直径中空孔直眼掏槽爆破的空孔应力集中效应。建立了空孔应力集中效应的力学模型, 基于弹性力学和波动力学理论阐明了空孔应力集中效应的力学机理; 开展了典型工况下大直径中空孔直眼掏槽爆破的数值模拟, 并基于应力波传播、岩体损伤和岩体第一主应力峰值等结果分析了空孔的应力集中效应。研究结果表明: 空孔应力集中效应主要源自孔洞应力集中效应和应力波叠加效应; 大直径中空孔直眼掏槽爆破过程中, 应力波在空孔壁处发生反射并与入射波产生叠加, 叠加多位于空孔邻近区域以及掏槽孔间区域; 岩体损伤程度较高的区域主要为掏槽孔周边、空孔周边以及相邻掏槽孔与空孔形成的三角区域, 掏槽孔周边以外的损伤区域与应力波叠加区域基本对应; 空孔附近存在显著的应力集中效应, 且距空孔壁越近的位置应力集中效应越明显。研究成果拟为隧道工程大直径中空孔直眼掏槽爆破设计提供理论基础。

夹塞与介质的交界面并非总是完美界面,即位移应力在边界上并非是连续且相等的,入射P波在不完美界面发生的动态响应与在完美界面的动态响应有所差别。为了研究平面P波在具有不完美界面夹塞上的动应力响应情况,引入弹簧模型作为不完美界面模型,该界面模型假定为厚度无穷小且无惯性的弹性粘结层。利用波函数展开法计算平面P波入射时不完美界面周边的动应力集中因子。分析了弹簧模型的重要参数弹簧刚度对动应力集中因子的影响。计算结果表明：弹簧刚度对低波数时的动态响应有明显影响,而随着波数的增大这种影响会逐渐减弱,同时在高波数时能观察到共振散射现象。采用常见的地震波子波—雷克子波作为瞬态扰动波形,基于稳态结果利用Fourier变换得到瞬态波入射时不同弹簧刚度条件下的瞬态响应。瞬态DSCF变化情况与稳态条件下相似,但是幅值有所增加。另外,雷克子波的主频与瞬态DSCF成负相关。

针对压电快速倾斜镜（PFSM）堆叠式压电陶瓷（PZT）（Pb（Zr， Ti）O₃）驱动器伸长和弯曲变形的应力集中问题，依据Timoshenko模型，分析了堆叠式PZT驱动器的伸长弯曲变形模型。基于压电耦合理论分析了堆叠式PZT驱动器动态应力与驱动电压幅值、驱动电压频率和PZT驱动器顶部柔性铰链抗弯刚度的关系。采用响应曲面法获得了300 mm口径PFSM的优化设计和工作参数。研究方法和分析结果可以为优化PFSM关键元件参数，降低堆叠式PZT驱动器应力集中，提高PFSM的耐久性和可靠性提供参考和借鉴。

采用通快TruDisk4002型同轴送粉光纤激光器，在TC4合金基材表面上制备了单道Ni基激光熔覆层，其中TC4合金的质量分数为35%、Ni60的质量分数为65%，涂层无裂纹气孔等缺陷。通过ABAQUS软件建立了涂层的有限元模型，温度场模拟结果显示，熔池出现“慧尾”现象，与实际激光热源的运行特点吻合。熔池最高温度为3200 ℃左右，激光热源前端的温度梯度大，热源后端的温度梯度小，熔池轮廓与涂层的形貌特征基本吻合，尺寸误差小于5%。从涂层残余应力场的分布来看，熔覆层两侧边缘区域和结合区附近的应力集中现象较为严重，容易萌生裂纹，熔覆层两侧的裂纹主要与高斯热源的分布特点相关，结合区的裂纹主要是由熔覆材料的热物性能差异导致的。实验结果表明，熔覆层的边缘和结合区均出现了明显的裂纹缺陷，与有限元计算结果一致。

为促进高功率TEA CO2激光器的工程化应用, 对主机结构进行了小型化轻量化研究。设计了一种新型环形流道式主机结构, 取代原来的圆筒式结构。采用计算机有限元分析方法对壳体结构的应力和变形进行模拟计算, 通过对2种结构在刚度、稳定性和重量方面的对比分析, 以有筋板的盒式壳体取代纯盒式壳体结构, 壳体设计壁厚由7 mm下降到4 mm, 最大变形减小了近1个数量级, 由1.11 mm减小到0.126 mm。研制出的壳体实测变形与模拟计算结果最大误差仅为1.58%。经测量, 新型的环形流道式主机比圆筒式主机体积减小约30%, 重量减少约40%, 放电区气流速度由84.8 m/s提高到97 m/s。在相同的工作参数下进行出光实验, 新型主机与圆筒式主机相比, 激光重复频率由400 Hz提高到了470 Hz, 激光输出平均功率由6 800 W提高到7 900 W。

针对大口径反射镜柔性支撑结构中柔性槽根部的应力集中问题, 提出将NiTi记忆合金丝复合于柔性槽周边的结构方案, 借助其预应变产生的拉应力来降低柔性槽根部的应力并保证支撑结构柔性。首先, 建立了柔性槽根部的应力分布方程, 得出了柔性槽危险截面位置。然后, 建立了NiTi合金丝的一维本构方程, 设计了桥型和U型两种复合方案, 并对其进行了有限元分析。结果表明, 采用U型复合的柔性支撑结构的应力改善明显优于桥型复合结构, 且对结构柔性影响较小。以NiTi合金丝的拉力F为设计变量, 以支撑结构的最大应力p及变形量δ为优化目标, 对U型复合结构进行了参数优化设计。优化结果表明, 在F为200 N时有最优解, p由76 MPa降到37.9 MPa, δ由0.031 mm微降到0.028 mm, 并且最大应力位置偏离柔性槽根部危险区域。对所提出的U型复合方案进行了随机振动试验, 试验结果表明, 该应力补偿设计有效降低了柔性支撑结构的最大应力。

研究了影响玻璃质光学元件表面质量的主要因素，认为表面微裂纹是表面强度改变的主要原因。用机械磨削初成形工艺方法分析研究了表面微裂纹产生的原因；通过裂纹尖端应力集中及Griffith能量平衡理论，分析了裂纹扩展方式；结合表面结构缺陷理论及研磨处理表面微缺陷工艺，阐述了HF腐蚀法对微裂纹的去除机理及效果；最后，综述了通过生产工艺提高玻璃强度的方法，重点讨论了离子交换法，镀膜法和HF腐蚀法等表面处理技术,指出使用HF腐蚀法去除表面微裂纹更适用于玻璃质光学元件的表面加工。