Design of Structural Left-handed Material based on Topology Optimization

An effective method to design structural Left-handed material(LHM) was proposed. A commercial finite element software HFSS and S-parameter retrieval method were used to determine the effective constitutive parameters of the metamaterials, and topology optimization technique was introduced to design the microstructure configurations of the materials with desired electromagnetic characteristics. The material considered was a periodic array of dielectric substrates attached with metal film pieces. By controlli...     

一种新型X波段宽带左手材料的设计和特性研究

为了更简便的制备宽带内的左手材料,提出一种新型的X波段方形开口磁谐振器（SSRs）,通过将该磁谐振器与H型电谐振器的耦合,设计了一种电路板单面印刷的宽带左手材料（LeftHandMaterials,LHMs）．经过HFSS（HighFrequencyStructureSimulator）仿真,利用散射参量法计算分析了SSRs、H型谐振器的传输特性和负电磁参数特性、电磁谐振器耦合结构的负介电常数、负磁导率和负折射率．仿真证实：该结构在10．05～11．6GHz频带内具有负折射特性,较同频段其他LHMs带宽更宽．同时耦合结构可以单面印刷,尺寸较大,在一定程度上避免了传统LHMs对印刷电路板刻蚀工艺加工精度的较高要求,便于实际制备．     

电动汽车无线充电金属异物检测线圈电磁特性

在电动汽车无线充电系统中,为实现较大范围内对小型金属异物的有效检测,提出一种金属异物检测线圈电磁特性的分析方法. 基于谐振电路在受到金属异物干扰后会产生失谐现象,论述金属异物检测的基本原理;分析检测线圈电磁特性的主要影响因素,给出将若干个PCB(Printed Circuit Board)型小线圈通过串并联构成线圈组的线圈设计方案;用Maxwell软件仿真分析金属异物进入检测线圈上方对线圈磁场的影响,得到不同的线圈结构参数和线圈连接方式对检测线圈电磁特性的影响规律;在无线充电环境下,用检测线圈组的感应特性仿真实例验证所提出的检测线圈组设计方案的可行性. 结果表明:本文提出的设计方案能够有效抑制电动汽车无线充电过程中环境磁场引起检测线圈的感应电压噪声,金属异物检测线圈电磁特性的分析方法能够为电动汽车无线充电系统中金属异物检测线圈的设计提供指导.     

钙钛矿型铁电薄膜疲劳特性研究进展

针对铁电薄膜极化疲劳的问题,详细综述了其疲劳机理及其影响因素.给出了影响铁电薄膜疲劳的因素,该因素可分为内在因素和外在因素两大类.重点讨论了外在因素元素掺杂、电极、界面层优化、温度及气氛等的影响,并提出了相应的改善薄膜疲劳性能的措施.比较实用有效的方法是在金属电极和薄膜之间沉积一层与薄膜晶格参数接近的界面层.最后结合自身研究工作,指出建立界面层设计-微结构演变-疲劳性能之间的关系是我们以后重点关注的问题.     

计算电磁学中电工钢片磁特性模型研究的新进展

电工钢片具有复杂的非线性磁特性，是电工产品中应用最广泛的磁性材料.为了降低能耗、实现产品综合性能的优化设计，需要在电机、电器电磁场数值分析中实现对电工钢片磁特性的精确模拟.讨论了计算电磁学中电工钢片磁特性模型研究中的几个主要问题，包括磁性材料各种磁滞模型的基本思想、不同模型的优点和局限性、电工钢片磁特性测量方法的研究进展以及与磁特性模型相对应的电磁场分析方法的研究现状.     

一种新型人工异向介质结构的设计和仿真

根据异向介质可以由具有等效负磁导率的开路环形谐振器阵列和具有等效负介电常数的细金属导线阵列构成的基本原理，提出了一种新型的、相互对等嵌入的开路环形谐振器的结构.与传统的开路环谐振器相比，新结构中内环和外环相互对称，具有更好的电流分布形态和电磁特性.采用这种新型开路环形谐振器阵列和细金属导线阵列组合，得到了一种新型的人工异向介质，并同时给出了完整的设计和仿真过程.通过对上述介质的功率传输特性和“负”Snell折射特性的仿真，表明该结构在特定的频段内表现出了明显的“异向”性质.     

等离子熔积复杂金属零件的数字化制造方法

针对等离子熔积金属零件工艺特点,提出适应复杂形状金属零件的综合切片技术,包括适应单向生长、多向生长和渐变生长结构的等离子熔积制造需求的切片方法;引入具有全局优化特性的基于Voronoi图方法的轨迹规划技术,同时考虑自行研制的多轴数字化等离子熔积制造平台性能,提出了熔积电流和进给量等制造参数实时控制方法,通过帽形件和中空螺线管制造实验验证了该方法的有效性. 本方法解决了等离子熔积复杂金属零件的支撑工艺问题,并通过再切片方法消除了熔积制造中的阶梯效应,提高了制造精度. 为等离子熔积制造复杂形状金属零件提供了较为完整的数字化理论与技术支持.     

对射线传输系统的推广及应用

基于高频射线理论,并通过Fermat原理以一致的形式讨论了左、右手媒质界面上电波或光波的折射特性．在所得折射定律的基础上结合引入相位的辛空间坐标,对矩阵光学进行了推广．相应传输理论的表示仍然保持了Gauss理论的辛几何本质,从而可以适用于左、右手媒质混合的系统．     

Effect of Surface Modification on Microwave Absorbing Properties of Magnetic Metal Fibers

In order to avoid forming an electrical conductive network due to surface connections, the magnetic metal fibers were coated with SiO2, for surface modification by the sol-gel process. The microstructure, composition and electromagnetic characteristics of SiO2-coated and uncoated metal fibers were studied using SEM, EDAX, and a voter network analyzer. The reflectivity was simulated using the RAMCAD software. The electromagnetic parameters and absorption properties of SiO2-coated metal fibers were improved greatly due to optimal impendence matching and the electric conductivity decreased, compared to those of uncoated materials.     

轻质材料微结构构型的拓扑优化设计

为了减轻结构的质量和降低成本,针对轻质材料,提出将整体的边界条件转化为微结构单胞的边界条件,建立微结构单胞的有限元模型,并运用变密度方法和优化准则法结合求解微结构单胞的拓扑优化问题.优化模型是在相应的体积约束条件下以变形能为目标获得最大刚度的微结构单胞.利用优化准则设计方法的计算公式,改变单元的相对密度值,小于阀值的单元进入下步迭代,如此反复,实现拓扑优化.采用适当的惩罚因子和阀值对迭代进行控制,提高了收敛的速度和精度,优化结果表明,该方法可以获得优化的微结构单胞,得到相同体积下最刚的多孔材料,降低了结构的重量和成本.     

基于多物理场仿真和VIKOR决策的干式铁心电抗器多目标优化

损耗和金属导体用量是干式铁心电抗器优化设计过程中需要考虑的关键因素,为有效降低损耗和成本,该文提出基于多物理场仿真和VIKOR决策的干式铁心电抗器多目标优化方法。首先以干式铁心电抗器为研究对象,建立磁场-流场-温度场模型,将磁场计算获得的铁心和线圈损耗密度作为热源,经过流-热耦合计算得到电抗器温度分布;建立磁场-结构场模型,将基于磁场计算得到的电磁力作为应力项,计算得到铁心及线圈振动位移分布,通过有限元仿真与拉丁超立方试验设计相结合的方法,得到不同结构参数下铁心电抗器温升与振动位移结果。为进一步简化优化流程,采用灵敏度分析方法进行参数降维,针对关键参数建立设计参数与温升、振动之间的代理模型,并采用多目标遗传算法得到满足电抗器性能要求的Pareto前沿解集。考虑到电抗器金属导体用量与损耗之间相互冲突,引入VIKOR综合决策方法,在确定优化目标权重的基础上,计算Pareto解集的利益比率大小,以最小利益比率确定最优设计参数组合,最后通过仿真验证优化设计方法的正确性。优化后的铁心电抗器与优化前相比,在损耗增加4.4%的情况下,铁心和线圈金属导体用量分别减少了3.0%和16.6%,同时温升及振动在满足设计要求的基础上分别降低了7.4%和16.7%。所提方法可以有效提升电抗器性能,为电抗器优化设计提供指导。     

基于零折射率超材料的新型匹配高增益贴片天线

针对基于零折射率超材料的矩形贴片天线的快速设计,提出了应用微遗传算法的自动优化方案,建立了利用Visual Basic语言编程调用时域有限差分方法对该天线的参数进行自动优化的计算机仿真程序,并成功计算出了优化的参数数据.采用优化数据加工制作了天线实物并进行了测量,仿真和实测结果吻合良好,零折射率材料对矩形贴片天线增益提升超过10 dB,实现了最高16.2 dBi的增益,并且在11.7 GHz到12.6 GHz的频带范围内阻抗匹配良好,证明了该方案的有效性和可靠性.     

基于电磁超声的铝板缺陷识别方法

针对铝板中典型缺陷类型,提出基于电磁超声的铝板缺陷识别方法.通过平底孔和圆底孔人工缺陷模拟实际缺陷,使用电磁超声体波获得多组缺陷回波信号样本,采用小波邻域自适应阈值消噪方法,提升信号信噪比.从时域、频域和时频域提出多种信号特征方法,提取45种信号特征.以基于类内类间距离的类别可分性判据为评价指标,通过序列浮动前向选择算法(SFFS)搜索得到最优特征向量用于缺陷识别.采用k-折交叉确认方法确定支持向量机分类器的最优参数.试验结果表明,设计的分类器能够有效地识别文中铝板内的平底孔和圆底孔缺陷,识别正确率达到了96.7%.     

大型安全壳瓣片的防变形设计分析

为解决形状特殊的大型壳体瓣片在运输时易产生较大变形问题,利用拉杆和中心柱设计瓣片的防变形结构,结合有限元方法对瓣片防变形结构的安装区域进行优化分析,安装了防变形设计的瓣片与无安装防变形设计的瓣片进行对比分析,并对安装了防变形结构的瓣片进行强度分析及判定.结果表明：大型壳体瓣片的防变形设计减小了瓣片在运输过程中的变形,很好地保护了瓣片的椭圆度.瓣片的防变形设计安全可靠,不会对瓣片产生破坏.     

随机变量下的热传导结构拓扑优化设计

研究具有随机变量的稳态热传导结构在散热弱度约束下的拓扑优化设计问题．建立了以单元相对导热系数为设计变量,导热材料体积极小化为目标函数,满足散热弱度可靠性指标为约束条件的稳态热传导结构的拓扑优化设计数学模型．基于随机因子法,利用代数综合法推导出散热弱度的数字特征的计算表达式．采用渐进结构优化方法(Evolutionary Structural Optimization,ESO)求解,并利用过滤技术消除优化过程中的数值不稳定性现象．通过两个算例验证文中模型及求解策略、方法的合理性和有效性．     

支持向量机替代模型的遗传优化设计

针对实际工程中常见的性能函数不能显式表示的优化问题,提出一种基于支持向量机替代模型的遗传优化设计方法。利用试验设计选取合适的设计参数样本点,通过实验或数值仿真获得响应输出,结合遗传算法构建具有参数优化功能的支持向量机替代模型;将支持向量机模型作为目标性能函数,结合其他约束条件完成优化模型的建立,并应用遗传算法进行优化,形成一套准确、高效、适应性强的优化方法。以典型电子装备功分器的结构尺寸优化为例,采用均匀试验设计和高频电磁场仿真软件HFSS获取替代模型训练的学习样本,建立功分器模型的幅度比、相位差和驻波3个响应面目标函数,并对该多目标优化问题进行遗传寻优。     

基于响应面法的轴向磁场永磁记忆电机多目标优化设计

针对新型轴向磁场永磁记忆电机的结构优化问题,采用响应面法对电机进行优化设计.通过电磁性能方程和正交实验,初步分析了电机关键参数的影响.为了有效地设计该电机,初步选取了软磁占比、转子极数、气隙长度三个影响因素作为正交试验的设计因子,再采用响应面优化方法,将所选的感应电动势、感应电动势的总谐波畸变率和齿槽转矩三个性能作为优化目标.使用有限元软件Ansoft Maxwell和响应面设计软件Design Expert建立响应面实验,得到电机的不同影响因素组合模型下的仿真参数和拟合曲线.本文结合不同的优化方法,以满足具体的设计要求,理论分析和实验结果都验证了所提出的电机和优化方法的可行性和有效性.通过对试验数据分析对比,得出了优化方案,结果表明:优化设计之后的电机在缩减了永磁材料成本的情况下,还保证了比原电机更优的感应电动势、更小的感应电动势总谐波畸变率和齿槽转矩.     

开口谐振环结构负折射率材料对电磁波偏振特性的影响研究

电磁波在经过负折射率材料以后,偏振状态会有所改变.对开口谐振环电磁响应特性了解的基础上,采用时域有限积分方法,分别研究了方形、六边形和圆形开口谐振环负折射率材料在不同频率处以及斜入射时对电磁波偏振特性的影响.仿真结果表明,不同的结构、频率和入射角度,电磁波偏振翻转的程度有所不同.研究结果可为电磁波偏振状态的调控提供一定的理论依据和借鉴.     

地球交变电磁场法应用研究新进展

20世纪50年代以来,交变电磁场法的研究和应用得到很快的发展,至今已发展成地球电磁法或电磁地球物理学中主要的一类方法。交变电磁法包含有几十种分支技术,是以电磁感应原理为物理基础,属于扩散电磁场的范畴,在油气、金属矿和非金属矿、地下水、地热探测、工程探查,环境和地震灾害监测等领域有着广泛的应用。本文在介绍交变电磁场法测深物理基础和技术特点的基础上,概述了其在陆地、海洋、空中和地震应用等领域的最新进展及其发展趋势。     

光学薄膜膜系设计方法及发展趋势

概述了当前光学薄膜膜系设计所采用的方法 .从所采用的方法来看 ,膜系设计正从基于光学干涉原理的解析设计向基于数学最优化理论的优化设计方向发展 ,从采用单一技术向采用混合技术方向发展