红外热波检测技术被应用于零部件或设备内部缺陷及故障的检测与定量识别。本文建立了半无限材料中圆柱绝热缺陷在超短激光脉冲辐照下的非傅里叶热传导波动模型, 在采用波函数展开法和镜像法研究热波散射正问题的基础上, 运用遗传算法对亚表面缺陷深度进行反演, 实际测量温度取热波散射正问题计算得到的材料表面温度, 并且分析讨论了测温点数目、入射频率等因素对反演结果的影响。数值实验结果证明了该方法的有效性。与 L-M法和共轭梯度法相比, 该方法在反演的精度及速度上都有较为良好的表现。

机床主轴系统的热特性是影响其加工精度的主要因素之一, 对主轴系统进行热特性相关分析尤为重要。以TPX6111E/3数控镗床为研究对象, 利用FLIR热成像仪和米铱激光三角测量系统, 分析不同季节条件下, 相同转速数控镗床在温升时两次所产生的热变形对比情况。实验得出结论: 因季节(即时间)不同,环境温度相差很大, 同一数控镗床相同转速条件下, 主轴各对应点的温度值相差很大; 主轴分别在X、Y方向上的热变形也不相同, 进而在加工过程中对主轴的工况条件提出了更高的要求。

床身作为数控车床的的关键支撑部件, 它的静、动态特性对车床的加工效率与加工精度有直接影响。针对沈阳机床集团生产的HTC3650卧式数控车床, 运用UG对车床床身进行三维建模, 将其导入Ansys Workbench有限元分析软件建立床身有限元模型, 对车床床身进行静力分析与模态分析以识别出床身的总变形量与前四阶固有频率。根据仿真分析结果, 采用目标驱动优化的方法对车床床身尺寸参数进行优化, 提高床身结构的固有频率, 减小床身的应力和变形响应, 改善床身的动静态特性。

立式加工中心主轴系统的热特性是影响其加工精度的主要因素之一, 对立式加工中心主轴系统进行热特性相关分析尤为重要。对VMC850E立式加工中心进行研究, 利用API主轴热漂移误差分析仪, 采用先进电容式或电感式传感器以及接触式测温传感器, 分析主轴温升情况与热漂移之间的关系。从实验数据的变化趋势可以得出: 主轴在温升阶段径向和轴向热漂移均增大, 其中Y轴方向热漂移最大, 各个方向的热漂移均有先下降后上升的趋势, 进而在加工过程中对主轴的润滑和冷却便提出了更高的要求。

热传导逆问题的研究是亚表面缺陷定量评估与识别的理论基础。本文基于非傅里叶热传导模型的正问题研究，即将材料亚表面温度的正问题计算结果作为实验测试数据，采用Levenberg-Marquart算法对半无限材料中圆柱绝热缺陷的逆问题进行了研究。分析讨论了初始假设、入射频率、热扩散长度等对反演结果的影响，并将LM 算法与最速下降法、牛顿法等其他算法进行了比较。结果表明：初始假设参数不影响LM 算法的有效性；入射频率、热扩散长度等物性参数仅会影响收敛速度的快慢，不影响反演结果的精确性；LM 算法相较于最速下降法和牛顿法具有更大的收敛范围和更快的收敛速度。

采用等离子体增强化学气相沉积技术（PECVD)通过改变NH3流量制备出不同含氮量N型富硅氮化硅硅薄膜。 利用Raman散射、 红外吸收、 紫外-可见光分光光度计及暗态I-V测量等技术分析了氮掺入对薄膜微观结构以及光电特性的影响。 结果显示, 随着NH3的增加, 薄膜由微晶硅向纳米硅结构转变, 薄膜中晶粒尺寸减少, 晶化度降低, 微观结构有序性降低, 所对应薄膜光学带隙增大, 而带尾分布变窄。 同时, 红外吸收谱分析表明, Si—N键合密度增加, P掺杂受阻。 暗态I-V测量显示, 薄膜电导率随着NH3掺入整体较微晶硅降低, 但随NH3增加, 电导率受到迁移率和载流子浓度等特征共同作用先降低后变大, 揭示了影响薄膜电导率的机制存在一定的竞争, 然而过高的非晶网络结构将增大载流子的复合导致薄膜电导率显著降低。

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.

基于非傅里叶热传导方程，采用复变函数法和镜像法，研究了含双圆柱亚表面缺陷板条材料热波散射的温度场，并给出了热波散射温度场的解析解。分析了入射波波数、热扩散长度、缺陷的埋藏深度以及板条材料的厚度等对板条表面温度分布的影响。温度波由调制光束在材料表面激发，缺陷表面的边界条件为绝热。该分析方法和数值结果可为工程材料结构的传热分析、热波成像和材料内部缺陷评估，以及热物理反问题研究提供参考。

基于非Fourier热传导方程，采用波函数展开法，对含双球形孔洞缺陷的半无限体材料内部的热波散射与温度分布进行了研究，给出了材料内部任一点温度的解析解和表面温度分布的数值计算结果。分析了孔洞的几何参数和物理参数对金属材料表面温度分布的影响。结果表明: 相对热扩散长度、入射波波数和埋藏深度对表面温度分布的影响比较大，当孔洞间距较大时，可以忽略孔洞之间的热波散射。

针对半无限体内亚表面含双圆柱异质缺陷问题, 基于非傅里叶热传导方程, 采用波函数展开法和镜像法, 研究了异质体缺陷的热波多重散射与温度分布, 并给出了亚表面异质双圆柱热波多重散射的一般解。通过数值计算, 给出了不同物理参数和几何参数下亚表面异质双圆柱的材料表面温度分布曲线, 分析了各参数对材料表面温度分布的影响, 特别是热波本身特性与缺陷性质的影响。研究成果可望为工程材料结构亚表面异质缺陷的无损检测和安全评定提供理论基础与参考数据。