针对空气耦合超声换能器存在换能器与空气介质阻抗失配，易造成电声转换效率低等问题，该文提出了一种采用空心酚醛树脂微球与环氧树脂基体研制的声匹配层，并对匹配层的声学特性进行测试与分析。测试结果表明，与空心玻璃微球匹配层相比，空心酚醛树脂微球匹配层具有声速更低及插入损耗更大的特点。基于此，该文研制了一种空气耦合超声换能器，对两只经匹配后的换能器进行测试，分析了接收信号的时域及频域特征，并与空心玻璃微球匹配层换能器进行性能对比。结果表明，与空心玻璃微球匹配层相比，采用空心酚醛树脂微球匹配层可减小换能器带内起伏，使换能器的-6 dB带宽扩展2倍以上，并在时域上减小接收信号的拖尾。

针对金属材料的电子束选区熔化过程，建立了瞬态温度场及熔池演化的有限元模拟方法。采用双椭球热源模型模拟移动电子束，给出了基于传热机理考虑材料物性参数随材料状态及温度变化的粉末热物性参数估算实现方法，并对有限元模拟方法进行了解析解验证。在此基础上对纯钨的电子束选区熔化过程进行了模拟，单道扫描模拟结果表明，随电子束扫描速率的增大，或电子束半径的增大，或热源功率的减小，熔池最高温度降低，熔池的长度、宽度及深度均减小。两层多道扫描的模拟结果表明，除第一层第一道外，熔池温度场及熔池形貌不对称于扫描中心线，已扫描侧的热影响区大，温度梯度小，熔池面积小。通过模拟得到的熔池剖面图，可预测一定工艺参数条件下多道之间的搭接及多层之间的熔合情况。

该文提出一种新型声表面波三轴加速度传感器, 并对传感器进行了建模和有限元仿真分析, 获得了不同加速度载荷下传感器结构的位移和应变分布。该传感器采用四端五梁结构, 通过谐振器位置和算法的设计消除了温度漂移对x、y轴向加速度响应的影响,并实现了各轴向加速度的解耦。从理论和仿真上验证了所提出的三轴加速度传感器整体设计的可行性。结果表明, 对传感器结构的模态分析为避免实际应用中对传感器的破坏提供了一定的依据。对所设计传感器进行模态分析, 求得传感器的固有频率, 以规避传感器的共振损伤。

为研究介电弹性体发电机的发电特性, 基于COMSOL有限元软件建立了在纯剪切拉伸方式下的介电弹性体发电机有限元仿真机电耦合模型。该模型基于Yeoh超弹性材料本构, 同时耦合发电机膜内静电力, 根据可变电容理论对发电机电容变化及发电效果进行研究。设计了可Y向预拉伸的纯剪切拉伸装置, 并在不同预拉伸条件下对发电机薄膜样本进行了拉伸实验, 分析了其电容变化及发电效果。对比了仿真数据与实验结果, 仿真模型的电容变化与实验测得的电容变化情况基本吻合, 仿真模型一个周期内的输出电压变化与实验测得的电压变化基本吻合。实验及仿真结果表明, 在相同的拉伸条件下, Y向预拉伸增大了初始电容及电容变化速率, 且当Y向预拉伸λ=1时的上升电压为 83 V, 而λ=2时的上升电压达到 252 V, 改善了发电性能。本文提出的介电弹性体发电机新的研究方法为发电机样机设计提供了新的思路。

为了获取三芯光纤复合海底电缆发生接地故障时的电热特性, 利用电热耦合有限元法建立了单相接地故障的有限元模型。在海缆绝缘层建立一个贯穿铜导体与铅合金护套的击穿电阻模拟接地故障, 选用SOLID69、SOLID90单元仿真海缆导体层及非导体层, 采用智能划分和扫掠划分相结合的方式对建立的海缆模型进行网格划分, 通过仿真分析获得故障电流分布和缆体温度分布。结果表明, 海缆在发生接地故障时主要表现为铜导体温度上升, 故障发生后, 填充层内的光单元温度也随之上升, 并可根据光单元温度的最高点对故障进行定位, 为利用分布式光纤传感技术监测海缆的电气故障提供了理论依据。

以J-11为填充胶粘剂，采用CO2脉冲激光对低碳钢Q195进行了激光点焊胶接复合连接试验。对不同焊点排布情况下复合接头的断裂过程进行了研究。结果表明，当只有1个焊点时，复合接头在拉剪载荷作用下，复合接头两端的胶接部分首先开裂，焊点部分最后断裂；当焊点排布方向与受力方向一致时，复合接头内焊点外侧的胶层首先开裂，然后是焊点之间的胶层发生断裂，最后是焊点部分开裂；当焊点排布方向与受力方向垂直时，复合接头内的胶接部分先开裂，焊点部分随后断裂。另外，采用有限元方法对不同焊点排布方式的复合接头受一定拉剪力时，接头内的应力分布情况进行分析，解释焊点排布方式带来的影响，分析结果与试验结果相吻合。

根据反射镜架系统中运动学支撑连接的物理接触形式，采用相应的位移协调方式来模拟其连接，建立了一个镜架结构的有限元模型，并分析了该镜架系统的模态及结构在地脉动载荷下的微振动分析。得到前三阶模态固有频率的最大误差小于5%，各测点的位移响应均方根的计算值与试验值吻合较好，多数点位移均方根误差控制在30%以内，且各支撑连接部位的传递特性的计算结果与试验结果比较一致，验证了所采用的运动学支撑连接的建模方法的可行性。

为了探讨不同抽运方式下掺Yb³⁺光纤放大器的增益和噪声特性，对910nm掺Yb³⁺光纤放大器进行数值模拟。结果表明，抽运方式对增益影响较小，但对噪声特性影响较大，光纤达最佳长度时，正向和双向抽运方式的掺Yb³⁺光纤放大器要优于反向抽运方式。这一结果对掺Yb³⁺光纤放大器的试验设计具有重要的作用。