金属增材制造具有快速、无模具、自由成形复杂结构的特点，已经成功应用于航空、航天、模具、医疗等领域。随着制造零件的复杂程度和体积的不断增加，三维模型的数据量增大，数据处理所需要的时间大幅增加，尤其是路径规划所需的时间陡增，这已经成为制约该技术应用的主要瓶颈，亟需解决。为了减少路径规划所需的时间，基于增材制造连续两层之间轮廓相似这一基本事实，将三维模型切片得到的二维轮廓按特征进行分组，提出层间信息继承算法，充分利用上一层计算的填充路径信息，快速计算出当前层的填充路径。该算法无需计算每条扫描线与当前层众多轮廓环的交点，极大减小了路径填充的计算量，加快了填充速度。实验结果表明，该算法整体的计算效率明显高于传统路径填充算法，尤其对于等截面或截面连续变化的模型，该算法的加速效果尤为突出。

利用88单元变形镜及电荷耦合器件成像器件,以扩展目标为校正对象,建立了带有噪声的无波前探测自适应光学系统模型。在噪声情况下,验证了扩展目标成像时掩模探测器信号和波前相位的平均梯度平方和之间存在线性关系。将基于此线性关系的算法作为无波前探测自适应光学系统的控制算法,通过仿真,检验了模型式无波前探测自适应光学系统在噪声情况下对扩展目标成像的校正能力。结果表明,相同湍流条件、不同信噪比下的校正效果接近。按照湍流条件从小到大的顺序,与信噪比为20 dB的结果相比,信噪比为5 dB时校正后的平均均方根相对误差分别为3.71%,2.94%和2.42%,说明基于该线性关系的模型控制算法具有较强的抗噪能力。

给出了两种适用于二维单步交替方向隐式时域有限差分(2-D Leapfrog ADI-FDTD)方法的吸收边界：Mur边界和卷积完全匹配层(CPML)边界。单步交替方向隐式时域有限差分(Leapfrog ADI-FDTD)方法是一种无条件稳定的全隐式差分算法, 由于二维空间Leapfrog ADI-FDTD的迭代同时存在显式和隐式方程, 故而不同电磁分量的边界条件也存在差异。从原理出发, 推导了适用于2-D Leapfrog ADI-FDTD方法的CPML边界条件, 并与一阶Mur边界进行比较, 利用自由空间的反射误差来表征两种边界的吸收性能, 简要总结了两种吸收边界的优缺点。

提出了一种基于共形网格技术的共形单步交替方向隐式时域有限差分(CLeapfrog ADI-FDTD)方法。与常规FDTD方法相比，此方法能够减小由于目标边界不契合网格划分而引入的阶梯近似误差，提高算法计算不规则目标时的精度；同时算法稳定性更强，计算效率更高。由于引入共形技术后显著降低了原差分法的无条件稳定性，本文利用增长矩阵本征值方法理论分析了算法的稳定性，然后采用了一种改进的共形面积计算方法，在此基础上提出了一种稳定性更高的改进的共形单步交替方向隐式时域有限差分(ICLeapfrog ADI-FDTD)方法。数值算例验证了ICLeapfrog ADI-FDTD是一种具有高稳定性和高精度的高效算法。

基于模型的无波前探测自适应光学系统具有收敛速度快、校正效果好的优势,在实时波前校正中具有较大的应用潜力。成像掩模探测器信号S_MD与波前相位的平均梯度平方和S_MG 之间的线性关系是系统控制算法设计的基础。为了验证S_MD和S_MG之间的线性关系,使用37单元压电变形镜、CCD相机和哈特曼传感器等主要元件建立自适应光学系统实验平台,其中利用变形镜产生波前畸变信息,利用CCD探测远场光强分布,利用哈特曼获取波前信息。基于获得的光强信息和波前畸变信息,分别计算S_MD值和S_MG值。实验结果验证了S_MD和S_MG之间的线性关系,且线性值为0.018,非常接近理论值1/(4π ²)。

对于N单元变形镜, 模型式无波前探测自适应光学系统只需N+1次远场光斑测量, 收敛速度快。使用88单元变形镜、CCD成像器件等建立自适应光学系统仿真平台, 分别从理论分析和仿真实验出发探讨模型式无波前探测自适应光学系统在噪声情况下的波前校正性能。结果表明: 噪声条件下, 基于模型的无波前探测自适应光学系统收敛速度保持不变; 相同湍流条件时, 不同噪声水平下的校正效果接近。与噪声水平50 dB时的结果相比, 按照给定湍流条件从弱到强, 噪声水平为30 dB时校正后平均RMS相对误差分别为4.75%、4.04%和2.58%。上述结果验证了基于模型的无波前探测自适应光学系统具有较强的抗噪能力。

建立典型半导体器件系统电磁脉冲与剂量率综合效应计算模型,对在瞬态X射线辐照下电缆末端典型n+-p-n-n+结构的双极晶体管负载的系统电磁脉冲与剂量率综合效应进行研究,得到了综合效应现象,分析了综合效应机理,总结了综合效应规律。在系统电磁脉冲与剂量率综合效应作用下,双极晶体管内部，由于载流子数量剧增,其反向击穿阈值降低,综合效应比单一效应更易造成双极晶体管的毁伤。编制的系统电磁脉冲与剂量率综合效应计算程序可用于分析电子学系统中其他类型半导体器件的效应机理与规律。

对电缆X射线辐照非线性响应进行了数值模拟。分析了电缆X射线辐照的物理过程, 针对同轴电缆和屏蔽多导体电缆, 建立了基于有限元方法的二维电缆模型诺顿等效电流源计算方法, 着重描述了二维模型下电缆介质辐射感应电导率效应求解方法, 模拟了电缆X射线辐照非线性效应, 给出了诺顿等效电流源非线性响应规律, 并依据物理过程进行了合理性分析。模拟结果显示, 由于辐射感应电导率的存在, 随着X射线注量的增加, 电缆响应幅度会存在明显的饱和现象。对特定类型的电缆, 响应电流随着X射线注量增加, 依次出现3个时间位置不同的电流峰值。

从电磁场理论出发，给出了发射电子为单能条件下系统电磁脉冲(SGEMP)空间电荷层振荡特性的解析求解方法，得到了空间电荷层的振荡频率和振荡幅度的解析式，其结果与用等离子体理论求解得到的结果一致。通过本文的研究工作，可以进一步认识发射电子为单能条件下SGEMP 中的空间电荷层问题，该问题可以分别用电磁场理论和等离子体理论处理。