钕玻璃激光放大片在热恢复后的剩余温度场对于光束退偏和波前畸变具有重要的影响。当冷却过程中出现不对称情形，将导致剩余温度场的不对称，从而影响到高功率激光光束发次之间的重复性。本文在对N41型钕玻璃四周包边侧弱冷和强冷所导致的剩余温度场分布特征进行模拟分析的基础上，重点研究了包边侧不对称冷却所导致的剩余温度场的变化。这种变化的程度与钕玻璃四周包边侧冷却的强弱有关，并进一步分析了由弱冷转为强冷时钕玻璃激光放大片的通光面和四周包边界面上各自的散热量。

光学气体传感器性能受气室结构影响较大，但是关于通过改进气室结构提高光学气体传感器的研究较少，提高芯片的利用率对缓解全球半导体芯片供应不足及低碳环保等具有重要意义。为了提高芯片利用率与满足多组分气体传感器高性能检测需求，设计了一种使用非分光红外技术的可同时检测CO₂、SO₂和CO这3种气体的三椭球型气室结构光学传感器，并对气室的光学性能进行研究。通过光路仿真、有限元模拟、蒙特卡罗模拟等可知：23%的接收面上集中了91%的能量，克服了直射式结构气室光程短和光敏面上光通量低的问题（光程长度增加了25%，光通量增加了40倍），同时克服了多反射式结构光通量过低的问题（约增加了117倍），信噪比分布是多反射式和直射式的10~100倍。因此，所提三椭球气室结构对于高端多组分组合式气体传感器的实现有着重要的意义。

连续拉晶用石英坩埚的内壁会随拉晶次数的增多而形成更多的气泡, 易在晶体中产生位错和侵蚀性硅熔体, 导致坩埚随时间溶解和腐蚀等。为研究侵蚀性硅熔体与气泡相互作用对坩埚的影响, 研究人员期望对石英坩埚的性能进行原位观察, 然而, 单晶炉内的极端高温环境使得很难通过实验手段对其内部进行研究。本文以石英坩埚内表面气孔-裂纹为研究对象, 采用有限元模拟获得了高温循环载荷下石英坩埚不同气孔形态、裂纹形状和裂纹倾斜角度的各拉晶阶段应力强度因子(KⅠ、KⅡ、KⅢ), 分析了总应力强度因子的分布规律。结果表明: 随着裂纹倾斜角的增加, KΙ值呈现逐渐减小的趋势, KⅢ值呈现先增大后减小的趋势, 且KⅢ值沿倾斜角45°对称; 随气孔深径比增大, KΙ值呈现减小趋势, 且减小速率以深径比等于1为界有明显的增大, KⅢKΙ, 说明裂纹主导形式为Ⅰ型; 裂纹形状比对KΙ或KШ值影响显著, 形状比越小, 裂纹尖端应力强度因子值越大; 当倾斜角为0°时, 总应力强度因子K值最大, 此时裂纹扩展趋势最强, 对石英坩埚危害最高; 此外, 连续拉晶下放肩阶段的总应力强度因子总是大于等径、收尾、冷却阶段。仿真结果对实际生产有一定的理论指导意义。

为研究选区激光熔化成形过程中热累积效应对0°和90°两种构建方向性能的影响，在ANSYS模拟熔池尺寸和热累积效应的基础上，通过试验分析0°和90°两种构建方向的熔池尺寸、致密度、XRD、微观组织和力学性能的差异。结果表明，在相同体能量密度条件下，垂直构建成形件的热累积效应要高于水平构建成形件，使其熔池尺寸和γ相含量高于水平构建成形，进而使两种构建方向成形件致密度和力学性能产生差异；同时，由于热累积效应的影响，垂直构建成形件的γ相含量随成形高度的变化而变化。

材料表面应力状态对材料的冲蚀磨损行为起着重要作用。本文利用有限元方法探讨了冲蚀角度、冲蚀速度、磨料粒径对微晶玻璃涂层冲蚀应力的影响, 利用常温冲蚀试验机对微晶玻璃涂层在不同冲蚀角度下的体积磨损率进行了测定。结果表明, 随冲蚀角度、冲蚀速度、磨料粒径增大, 涂层的冲蚀应力均逐渐增大。在相同的冲蚀角度和冲蚀速度条件下, 磨料粒径对涂层冲蚀应力的提升效果显著。微晶玻璃涂层冲蚀磨损率随冲蚀角度的增大而增加, 其变化规律与冲蚀应力变化趋势基本一致, 从而验证了有限元应力模拟的可靠性。

随着地震勘探的深度越来越大, 地震反射波不断向低频段发展, 迫切要求开发低频传感器。该文设计制备了PZT-5H基压电纤维复合材料(MFC)悬臂梁式传感器, 并将其应用于低频传感领域。通过有限元仿真模拟, 力-电耦合分析探明了MFC悬臂梁结构中基板材料及结构尺寸参数对MFC电输出性能的影响规律, 进而优化结构参数, 研制了低频振动监测用MFC悬臂梁传感元件。对其传感性能进行了测试研究。测试结果表明, MFC悬臂梁可很好地感知低频振动加速度的变化, 在低频段(5~190 Hz)时加速度灵敏度可达205 mV/g(g=9.8 m/s2)。

建筑外墙外保温层作为一种建筑节能材料被广泛应用。为了有效检测外保温层出现的质量问题，提出一种基于外保温层表面裂缝三维传热模型的红外热成像检测方法。首先，借助红外热成像技术，搭建了建筑外墙外保温层表面裂缝检测实验平台，对外保温层的表面裂缝进行检测。之后，通过ANSYS软件建立了建筑外墙外保温层表面裂缝的红外热成像检测三维模型，验证了该模型的可行性，并模拟计算了裂缝尺寸和环境温度对检测效果的影响。结果表明：外保温层裂缝和非裂缝区域的温差主要受到实验环境温度、裂缝尺寸的影响。当环境温度一定时，裂缝宽度和厚度增大，温差随之增加。伴随着环境温度升高，温差也逐渐增大，当实验的环境温度在10 ℃以下时，温差变化较为平缓；当环境温度大于10 ℃，温差增长的速率随着温度的增加逐渐增大。

真空玻璃是具有优异保温、隔热、降噪性能的新型绿色建筑材料。本研究运用COMSOL Multiphysics 5.6软件建立了相关物理模型, 探究不同规格真空玻璃的性能差异及不同玻璃在节能建筑中的应用情况。结果表明: 500 mm×500 mm规格的真空玻璃的保温性能强于200 mm×200 mm及100 mm×100 mm规格的真空玻璃。随着真空玻璃规格的增大, 真空腔体积变大, 导致边缘密封层占整个真空玻璃表面面积百分比减小, 边缘密封层的传热对真空玻璃的传热影响减少, 真空玻璃的保温性能因而得到增强。节能建筑中使用真空玻璃替换普通平板玻璃和中空玻璃可以达到更好的节能效果。建筑物在冬季使用真空玻璃7 d时室内平均温度比使用平板玻璃高出3.91 K, 比中空玻璃高出2.25 K。

单晶硅是一种重要的半导体材料。通常,铸锭切片后的单晶硅表面易产生较深的沟槽、凹坑和裂纹等缺陷。针对这一问题,提出了一种双步激光辐射的方法,其在修复表面缺陷的同时,可以降低表面粗糙度。首先,通过有限元法模拟对不同激光参数下可修复的缺陷深度进行预测。然后,在0.50 J/cm ²的较高能量密度下,利用较深的表面层熔化修复各种深度的表面缺陷。然而,由于高能量密度下引发的热毛细管流易造成高频特征残留在表面上,故会导致表面粗糙度增加。接着,使用一个0.20 J/cm ²的低能量密度再次辐射同一表面,可有效消除残留的高频特征。最终,原始表面粗糙度为1.057 μm的表面经过双步激光辐射后可获得一个表面粗糙度为26 nm的无缺陷光滑表面。