通过一种改进的有限元数值模拟方法研究多点激光冲击强化对TC17钛合金表面残余应力和表面变形的影响。为了验证该模拟方法, 将已有实验数据与数值模拟结果进行对比分析, 分布规律具有一致性。在此基础上, 分别分析了激光冲击次数和激光功率密度对表面残余应力和表面变形的影响, 数值模拟结果表明, 随着激光冲击次数的增加, 表面残余应力和表面变形增加, 分布不均匀性也增加, 3次激光冲击后, 表面残余应力和表面变形趋于饱和状态; 随着激光功率密度的增加, 表面残余应力和表面变形都增加。

为了提高水下激光光幕的探测性能，根据水下光束传播规律，构建了水下激光光幕探测模型，基于蒙特卡罗模拟方法对水下激光光幕探测性能进行研究。基于水下激光光幕探测模型，利用MATLAB软件进行仿真，分析海水衰减系数、初始功率及传输距离对水下激光光幕传输的影响。仿真结果表明：海水的衰减系数越小，水下激光光幕传输率受到的影响越小。海水参数和传输距离一定时，随着初始功率的增加，只会影响到达探测端的最终功率，但对传输率影响不大。当海水衰减系数一定，传输距离为1 m时，其传输率约为15%且变化稳定；当传输距离增加到30 m时，传输率在5%以下。

火箭发动机喷焰涉及复杂的流动、复燃和辐射效应, 并对喷焰辐射的光学探测跟踪有着重要的影响。以固体火箭发动机为研究对象, 建立喷焰化学反应复燃数值模拟方法和视线光辐射传输数值计算方法, 对不同飞行条件下的喷焰流动、辐射特性进行计算分析, 重点考察复燃效应对不同高度喷焰辐射特性的影响。研究结果表明: 复燃效应引起喷焰温升可达到1 000 K, 并使得喷焰谱带辐射强度有10倍以上的增强; 对于不同谱带辐射强度会随高度先升后降, 最大的高度在20~30 km, 短波2.7 μm波段有约17倍的辐射增强, 中波4.3 μm波段约有16倍增强, 可见复燃引起辐射增强作用H2O分子的贡献大于CO2分子的贡献。研究结果可为进一步的理论研究和工程应用提供参考。

应用准第一性原理的PIC程序对系统电磁脉冲(SGEMP)一维边界层进行数值模拟，研究无限大介质板发射单一能量为2 keV、发射率为3.3×1020 m-2·s-1的光电子，发射角分布为余弦角分布，且平板上留下等量正电荷时的SGEMP效应，得出稳态后电子所能到达的最大距离约在5.8~7.5 cm之间振荡；发射表面z=0处的电荷密度在(6.0~9.0)×10－6 C/m3之间振荡；表面电场值在50~55 kV/m之间振荡；边界层达到准稳态的时间约为14.0 ns。将稳态模拟结果和理论估算结果进行对比，模拟结果较理论结果更加准确、形象地反映出SGEMP一维边界层的形成过程及稳态结构。

为了研究激光辐射压驱动的运动电场中加速质子的相关问题, 对强激光与等离子体相互作用过程进行了理论分析, 并采用2维粒子模拟方法, 对理论分析结果进行了数值模拟验证。结果表明, 当超短超强激光脉冲与处在背景等离子体前方的薄固体平靶相互作用时, 在固体靶后部形成一个由电子层-离子层组成的双层结构, 在激光辐射压的不断推进下, 双层结构在背景等离子体里以一定速度传播形成一个运动电场; 在背景等离子体中的质子被这个运动电场捕获并能加速到很高的能量, 质子的最大能量达到20GeV。理论分析结果与2维粒子模拟结果符合得很好。

用二维相对论粒子模拟程序(2D-PIC)对强激光与高密度等离子体相互作用中产生的高能质子束及其传播特性进行数值模拟。数值模拟结果表明：密度梯度标长对质子能谱的影响至关重要，增大密度梯度标长厚度，靶后静电场增强，质子的最大能量显著增大；密度梯度标长对从薄靶出射的高能质子束有一定的约束作用，高能质子的加速、准直和发散强烈地依赖于强激光与等离子体之间的空间耦合。

为了研究等离子体中Compton散射对靶背法向方向加速质子的影响, 采用多光子非线性Compton散射模型和等离子体模拟方法, 对Compton散射下等离子体中的质子加速进行了理论分析和数值模拟, 提出了将入射光和Compton散射光作为在等离子体靶表面处形成的静电场加速质子的新机制, 得到了质子加速的一些重要数据。结果表明,Compton散射使等离子体内产生的高能电子数增加, 高能电子靶表面上所产生的静电场增强, 从而使质子获得更高的加速能量; 散射使静电场增强效应, 有效地补偿了因激光调制不稳定性增强而造成电子在向等离子体输运过程中的能量损失, 从而使质子从平缓密度标长等离子体中获得的加速能量高于从陡峭密度标长等离子体中获得的加速能量。因此, 采用Compton散射下的平缓密度标长等离子体加速质子较为理想。

研究了一种可用于低红外发射率复合涂层最佳颜料含量模拟的方法。基于低红外发射率复合涂层的微结构特征, 引入一维光子结构的相关理论以模拟计算低红外发射率复合涂层的最佳颜料含量。为验证上述方法的可行性, 采用片状铝粉为颜料, 聚氨酯为粘合剂制备了两种低红外发射率聚氨酯(PU)/铝(Al)复合涂层。分别采用模拟计算和实验验证的方法对其最佳 Al粉含量进行了研究。结果表明：计算所得最佳 Al粉含量与实验值一致, 可见所述方法应用于低红外发射率复合涂层最佳颜料含量的模拟具有较强的实际可行性, 对低红外发射率复合涂层的设计及研究效率的提高具有重要的现实意义。

以受光阑限制的高斯光束在大气湍流中传输为例，用仿真程序数值模拟方法和实验方法对用Rytov相位结构函数二次近似和复高斯函数展开法得到的解析结果(如光强分布、二阶矩束宽、桶中功率和β参数)进行了比较验证。研究表明，解析结果与数值模拟结果和实验结果基本吻合。此外，对用不同研究方法所得结果的差异给出了合理的解释。