基于液态金属的微观不均匀性理论, 建立了一个定量描述金属熔体结构信息的计算模型, 该模型只需要固态金属的热物性参数及基本结构参数即可给出熔体结构的主要信息, 包括激活原子的相对浓度、原子集团的尺寸及其内部包含近程有序原子数等. 利用所建立模型计算了液相线以上不高温度区间铝、镍熔体的主要结构信息, 计算结果与试验值符合较好. 同时, 分析了过热温度对第I、第II 主族元素的熔体结构信息的影响, 随着温度的升高, 熔体结构信息发生规律性变化; 讨论了原子序数对第I、第II 主族元素的熔体结构信息的影响, 对于第I 主族元素, 熔体结构信息随着原子序数的增加而呈规律性变化, 原因是第I 主族元素的所有晶体结构均为bcc 点阵排列, 而对于第II 主族元素, 熔体结构信息变化未呈现出显著的规律性, 这主要是第 II 主族元素晶体结构的点阵排列呈hcp-fcc-bcc 转变所致. 这为深入认识金属熔体结构及预测熔体物性变化提供了有效的途径.

本文提出了一种利用Fabry-Perot 谐振腔和介质谐振天线, 同时集成偶极天线阵实现约瑟夫森结阵列自辐射的方法. 在介质基片上制作集成偶极天线阵的双晶约瑟夫森结阵列, 并将其嵌入到Fabry-Perot 谐振腔内. 将基片作为一介质谐振天线, 使其与Fabry-Perot 谐振腔谐振在同一频率下, 从而通过高频电磁耦合机制实现结之间以及结与外部微波电路之间的耦合. 文中分别进行了数值仿真和实验研究. 对一个包含166 个双晶约瑟夫森结的结阵列进行了液氮温度时的测试, 在片外(off-chip)检测到了75.2 GHz, 10 pW 的辐射信号, 与仿真结果吻合. 该方法为基于约瑟夫森效应的太赫兹(THz)源提供了一种可能.

运用微磁学方法, 研究了界面交换耦合强度对垂直取向FePt/α-Fe/FePt 磁性三层膜的磁化反转过程的影响, 得到成核场的解析公式. 研究发现, 成核场随界面交换耦合常数的增大而增大. 尤其当软磁相厚度很小时, 界面交换耦合作用对成核场的影响比较明显. 通过数值计算, 得到了不同交换耦合常数下的磁矩分布, 发现界面处的磁矩角度出现跳跃. 并且钉扎场随着软磁相厚度和界面交换耦合常数的增加而减小.

黏度是流体的重要物性参数, Eyring 黏度公式是目前较为流行的黏度理论. 利用Eyring 反应速率方程, 基于玻尔兹曼统计, 考虑到液体中产生空位的几率和分子向邻近空位跃迁的几率, 对Eyring 黏度公式进行了几率修正. 根据液体分子排列的短程有序结构, 将液体视作具有简单立方系的准晶结构, 利用分子之间的Lennard-Jones(L-J)势能模型和偶极分子间的Stockmayer 势能函数, 计算了液体分子向空位跃迁过程中必须克服周围其他分子束缚作用所需要的活化能. 利用修正后的黏度公式计算了典型的37 种常见液体在25℃时的黏度值以及三种液体的黏度值随温度的变化, 计算结果与实验值基本相符. 本工作丰富了对液体黏度产生机理的认识, 对相关的研究和应用可能具有一定的理论指导意义.

我们给出了王顺金等提出的偏微分演化方程的代数动力学解法中关于时间平移的无穷小算子$L$的等价构造形式. 我们的形式只涉及简单的偏导数运算, 避免了在运用王-张时间平移算子进行计算的时候出现的大量的δ函数的导数. 我们给出了两种表示的等价性, 即王顺金等价性定理的证明. 作为应用, 利用我们给出 的无穷小算子L的构造, 处理了非线性对流方程, Burgers方程, 非线性Schrödinger方程, KdV方程以及sine-Gordon方程等几个典型方程,并 计算到至少二阶展开项. 这些例子包括了实场量和复场量情形以及对时间的一阶导数和二阶导数情形.

III-V 族化合物GaInP 是一种高效发光材料. 金属有机化学气相沉积(Metal Organic Chemical Vapor Deposition, MOCVD)技术能均匀生长多结、多层和大面积的薄膜材料, 是一种非常有效的方法. 通过分别运用计算流体力学、动力学蒙特卡罗方法与虚拟现实技术相结合, 提出了一个研究垂直MOCVD 反应器的GaInP 薄膜生长过程的流体动力学、热力学和分子动力学多尺度模拟方法. 可视化结果不仅准确和直观的显示了 MOCVD 反应器里的气体热流场分布情况, 而且展示了MOCVD 反应器中的GaInP 薄膜生长过程. 因此, 该模拟为我们优化GaInP 的MOCVD 生长提供了一个重要指导.

给定循环总时间和耗油量的情况下, 以存在传热、摩擦等内、外不可逆性的Otto 循环热机为研究对象, 考虑工质与环境之间的传热分别服从牛顿传热规律q∝ Δ(T)和线性唯象传热规律q∝ Δ(T^－1), 以循环熵产生最小为目标对整个循环活塞运动的最优路径进行了研究. 利用最优控制理论得出了两种传热规律下无加速度约束和限制加速度时对应于循环最小熵产生时各冲程活塞最优运动规律及循环总时间的最优分配. 限制加速度时各个冲程的活塞运动最优构型均由三段组成, 均包含了一个初始最大加速段和一个末端最大加速段. 给出了最优构型的数值算例, 并与牛顿传热规律和线性唯象传热规律时最大输出功条件下的最优构型进行了比较. 计算结果表明优化活塞运动规律后可使热机熵产生减小30%以上, 这主要是通过减少功率冲程初始段传热损失引起的熵产生实现的.

研究非完整力学系统的Hamilton 对称性与守恒量. 将非完整系统纳入广义Birkhoff 系统, 建立了用正则变量表示的运动微分方程, 给出了系统的Hamilton 对称性的定义和判据, 导出了非完整力学系统的 Hamilton 对称性导致守恒量的条件及其形式. 作为特例, 文章给出了非保守力学系统和Hamilton 系统的 Hamilton 对称性与守恒量. 文末举例说明结果的应用.

根据古典阴阳互补和现代对偶互补的基本思想, 通过罗恩早已提出的一条简单而统一的新途径, 系统地建立了压电微极弹性动力学的一些基本原理. 文中给出一个重要的以卷积表示的积分关系式, 可以认为, 在力学上它是广义虚功原理的表式. 从该式出发, 不仅可以得到虚功原理和互等定理, 而且通过作者所给出的一系列广义Legendre 变换, 能系统地成对导出压电微极弹性动力学的11 类变量、9 类变量和6 类变量简化 Gurtin 型变分原理的互补泛函和3 类变量简化Gurtin 型变分原理的势能形式的泛函. 同时, 通过这条新途径, 还能清楚地阐明这些原理之间的内在联系.

对低磁雷诺数近似下不可压缩磁流体槽道湍流进行了直接数值模拟(DNS), 给出了速度-电场、电场- 电场相关特性, 并与Kenjereš-Hanjali? 提出的模型(K-H 模型)进行了逐项对比. 通过K-H 模型与DNS 所得到的数据对给定外部驱动力、不同磁场布置形式下磁场对湍流抑制作用的机理进行了对比分析. 结果表明, K-H 模型可以对速度-电场相关项的大部分分量进行合理的预估. 通过数值模拟还发现, 磁场沿流向及展向布置下湍动能降低的主要机理是耗散性的磁流体源项; 而当磁场沿法向布置时, 湍动能降低的主要机理是洛仑兹力对底层流动的加速, 从而降低雷诺应力, 令湍动能方程中生成项减小, 导致湍动能减小.

耦合求解非定常可压缩Navier-Stokes 方程和刚体运动方程, 数值模拟返回舱跨声速俯仰自由振动过程, 探讨返回舱前后体对动态稳定性的影响及其被动控制方法. 研究结果表明: 在俯仰振动过程中, 返回舱前体对流场做正功, 释放返回舱振动能量, 抑制振幅增加; 而返回舱后体对流场做负功, 增加返回舱振动能量, 导致振幅增加, 当两者相等时, 振动进入极限环状态. 在上述物理机理分析基础上, 本文给出六种不同的返回舱后体修改方案, 并采用数值模拟方法研究不同的后体外形对返回舱俯仰自由振动幅度和频率特性参数的影响, 研究结果可为返回舱设计及动态稳定性的控制方法提供依据.

以在水中做纵向平面内运动的细长轴对称体为研究对象. 在建立描述流体-结构耦合振动系统的计算模型时, 对固体采用位移(包括刚体运动位移和弹性Euler 梁振动位移), 对流体采用压力作为基本变量, 首先建立了考虑流体作用力的结构动力学方程, 推导了考虑结构运动的流体压力表达式, 分析了水动力载荷的特征: 包括水动压力的来源、组成、分布形式与影响范围等. 在此基础上给出了描述水中运动物体的位移(结构)-压力(流体)格式的流固耦合系统模型. 然后利用有限元数值方法(FEM)对方程进行了求解, 克服了解析解对研究对象外形的限制, 同时避免了流固耦合直接数值模拟中CFD+FEM 的复杂性, 对于典型的工程结构非常适用. 最后, 通过算例给出了水中运动物体的水弹性频率和模态, 并将计算结果与试验结果进行了对比, 证明了本文计算模型的有效性.

作为一种基于强函数积分形式的无网格计算方法, SPH(Smoothed Particle Hydrodynamics)方法在高能炸药爆炸、流体动力学及固体强冲击模拟计算中已经得到了广泛的应用. 然而, 目前该方法还存在许多问题, 主要表现在拉伸不稳定性、零能量模式、边界条件实施困难、精度较差等, 研究表明通过提高核函数的一致性可以使这些问题得到不同程度的改善. 在RKPM(Reproducing Kernel Particle Method)方法基础上推导了高阶一致性核函数的公式, 构造了适用于SPH 方法的简化线性一致性核函数. 通过算例证明了简化线性一致性核函数的可行性和优越性, 即随着核函数一致性的提高, 数值计算精度不断改善, 最后对线性一致性核函数的非负特性进行了讨论.

利用历史时期的地震数据, 以及地震震中固体潮参数的分布特征, 通过其相关性可设计发震概率的预报函数, 为此我们提出一种行星地球的地震预警系统的设计方案, 该模型理论上可模拟预报任何时间、任何地点的强震发震概率. 此外, 该系统亦可方便地获取全球或局部区域的模拟地震指数. 实现精确的定点预报与区域的指数预测相结合. 采用NEIC 提供的全球1544 次M≥6.5 级地震数据, 举例给出全球和台湾附近地区2010 年1 月1 日UT=0: 0 的瞬时地震指数, 以及台湾附近地区的平均地震指数. 基于对美国旧金山所作10 年的强震定点预测, 给出其附近区域在2015 年6 月24 日±15 日内的平均地震指数.

本文探索了卫星定位中观测方程的建立方法及求解算法, 即探讨了若把卫星定位中的观测方程从求球面方程的交点变换成求双曲面方程的交点后的差异和对定位解的影响. 文中结合转发式卫星定位系统的具体应用, 提出和推导了转换求解的方法. 并通过几何放大因子DOP 和测站三维位置坐标单点解分布图的仿真分析, 验证了双曲面交会解的可行性, 也揭示了其长处和优势. 最后, 通过对中国区域定位系统CAPS(China Area Positioning System)定位解的实验, 证实了观测方程双曲面解的实用性.