1 成都理工大学 工程技术学院，四川 乐山 614007
2 光电信息控制和安全技术重点实验室，天津 300308
3 核工业西南物理研究院，成都 610225
为研究红外探测系统受激光辐照后的热效应与二次热辐射对探测器成像的影响，使用Ansys软件对红外探测器进行热辐射仿真和有限元结构仿真；采用黑体辐射定律和DO辐射计算模型模拟计算探测器内光学系统在不同激光辐照度下的温度随时间变化情况以及探测器内部温升对靶面成像的二次热辐射干扰情况；采用热弹性力学模型仿真计算探测器内部的热应力和热变形情况。结果表明：探测器受到1.06 μm激光照射，矫正镜激光辐照度在50 W/cm2时，靶面受到二次热辐照度在0.6 s时达到100 μW/cm2的量级，使红外探测器达到饱和；探测器受激光辐照后系统最高温度出现在矫正镜中心处，拟合得到系统最高温度与受照时间函数关系，可预测探测器升温结构破坏；最大热变形出现在矫正镜背面中心处，由外向内形成不等附加光程差，干扰探测器的成像效果；最大热应力出现在矫正镜前面中心处，得到最大热应力与激光辐照度间的线性关系曲线，为矫正镜热应力破坏提供预测参数。
红外探测 成像质量 DO辐射模型 热弹性力学模型 二次热辐射 infrared detection image quality DO radiation model thermoelastic model secondary heat radiation 强激光与粒子束
2023, 35(2): 021003
1 中国科学院自适应光学重点实验室，四川 成都 610209
2 中国科学院光电技术研究所，四川 成都 610209
3 中国科学院大学，北京 100049
变形反射镜是自适应光学系统的核心器件，其校正能力受多种因素的影响，设计过程属于多维变量优化问题。针对现有变形反射镜设计方法需要进行长周期反复迭代，效率较低的问题，提出了一种新型变形反射镜设计方法。将遗传算法与弹性力学影响函数分析模型相结合，显著提升变形反射镜的设计效率，为变形反射镜的高效研制提供保障。基于该方法进行离焦、像散校正变形反射镜结构参数的设计。结果表明，该方法通过100次迭代就完成了11个变量的收敛优化，大幅减少个体计算量，实现变形反射镜的快速设计。
光学器件 变形反射镜 遗传算法 弹性力学 参数设计 设计效率 激光与光电子学进展
2023, 60(1): 0123002
桂林理工大学 材料科学与工程学院, 桂林 541004
PbTiO3是一种重要的铁电功能材料, 但压力对其结构、稳定性、力学和热力学性能的影响尚不明确, 从而限制了其在电子通讯领域的应用。本研究采用基于密度泛函理论的第一性原理方法, 研究了压力下四方铁电相钛酸铅(TP-PTO)、立方顺电相钛酸铅(CP-PTO)、四方前驱体相钛酸铅(PP-PTO)结构和热物性质。研究发现, 三种结构可压缩性由大到小依次为PP-PTO>TP-PTO>CP-PTO。能带结构和态密度均表明PTO在研究的压力范围内未发生相变。PTO带隙随着压力增大逐渐降低, TP-PTO在20 GPa由间接带隙半导体转变为直接带隙半导体, 其余两相在压力下恒为直接带隙半导体。PTO在0~30 Gpa范围力学稳定, 且具有各向异性, 其综合力学性能随着压力的增加而增强, 各向异性则是先降低后升高。通过准谐德拜近似理论研究了温度和压力对PTO德拜温度、熵、热容的影响, 结果表明德拜温度随着温度上升而下降, 随着压力增大而上升, 反映出共价键强度依次为CP-PTO>TP-PTO> PP-PTO。熵和热容随着温度上升而上升, 随着压力的增大而下降。
钛酸铅 电子结构 弹性力学 第一性原理 PbTiO3 electronic structure elastic mechanics first-principles
1 长春大学 机械与车辆工程学院, 吉林 长春 130022
2 吉林大学 机械与航空航天工程学院, 吉林 长春 130025
为了探究压电驱动器的输出性能及提高压电驱动机构的性能, 该文对“十”字型压电惯性驱动器进行了理论分析与应用测试。首先说明了驱动器结构组成与驱动机理; 然后利用弹性力学理论对驱动器进行了理论分析, 得出驱动器弹性振动位移表达式, 给出了影响驱动器性能的影响因素; 最后对驱动器进行实验应用测试, 将其用于驱动盲文柔性点显装置。结果表明, 该驱动器能较好地实现系统驱动, 放大柔性薄膜凸点的位移输出, 柔性薄膜触点凸出明显, 性能良好。验证了用这种压电惯性驱动器实现系统驱动是可行且有效的。
惯性驱动器 压电振子 悬臂梁 弹性力学 inertial actuator piezoelectric vibrator cantilever elastic mechanics
1 成都理工大学 工程技术学院，四川 乐山 614007
2 中国空气动力研究与发展中心，四川 绵阳 621000
采用热弹性力学模型、可压缩流体力学模型和标量波动方程，通过数值模拟定量研究了激光系统中高功率密度光束在弹性支撑反射镜上的热沉积造成的镜面热变形以及镜面变形对光束的影响；同时分析了抑制热晕的对称多孔吹气方式在不同吹气速度下通道流场对光束的影响。然后，通过空间顺序耦合得到了两者对光束的联合影响。实验结果显示：在中心固定的弹性支撑条件下，反射镜的镜面变形有效作用面比较平滑，主要表现为镜面总体倾斜导致光束在远场产生的轻微角度偏转基本可忽略或可预调校正，吹气流场在较低吹速下对光束的影响也基本可以忽略；但在较高流速下，流场由于密度非均匀分布加剧，对光束的影响十分严重；二者耦合后对光束的联合影响基本与单独影响一致。
激光系统 光传输 镜面热变形 热弹性力学模型 N-S方程 标量波动方程 laser system laser propagation reflector surface deformation thermal elastic mechanics model N-S equation scalar wave equation
南京大学 光通信工程研究中心, 江苏 南京 210093
光纤应力传感系统通常采用传感光缆代替裸光纤作敏感元件, 因此研究传感光缆应力传递性能很有必要。本文从弹性力学的角度, 利用拉梅公式和广义胡克定律相结合的方法, 为紧缚型传感光缆和加强型传感光缆建立了应力传递理论模型, 推导出光缆的应变与它受到的应力之间的关系。分别对紧缚型和加强型传感光缆的样品进行了应力实验, 利用布里渊光学时域反射仪(BOTDR)测量了光缆的应变。结果显示, 理论计算和实验测量的趋势一致, 线性度均超过了97%, 斜率之间的差别小于8%, 从而证明了理论模型的有效性。该模型可为光纤应力传感系统判定被测对象受力状况提供直接依据。
光纤传感器 光缆应力传递模型 弹性力学 optical fiber sensor stress transfer model of sensing cable elasticity mechanics 光学 精密工程
2011, 19(12): 2891
1 中国科学院 光电技术研究所,成都 610209
2 中国科学院 研究生院,北京100039
基于弹性力学理论,对应力加工方法的原理、算法及玻璃薄板对复杂面型的模拟进行了研究。在球面镜周边分布力和力矩的状态下对球面变形为轴对称非球面进行了分析,以抛物面镜为例,采用有限元法对玻璃薄板周边施加均布弯矩后产生的变形量和最大应力进行了模拟、分析和仿真计算,得出的仿真结果与球面和抛物面之间的理想变形量进行比较,验证了基于弹性力学的应力加工方法加工旋转对称非球面理论的正确性。
光学加工 应力加工方法 弹性力学 抛物面 有限元法 optical fabrication stressed mirror polishing elasticity mechanics paraboloid finite element method
清华大学 电子工程系光纤传感实验室,北京 100084
分析了3层结构(封装层、弹性筒、芯轴)的芯轴干涉型光纤水听器声压灵敏度。通过建模和三维的弹性力学分析,结果表明,影响水听器探头声压灵敏度的主要因素为弹性筒的杨氏模量、壁厚、外半径以及传感光纤的长度。而封装层材料的杨氏模量、泊松比、厚度和芯轴对声压灵敏度的影响不大。制作了一批水听器样品,理论分析其声压灵敏度为-150.7 dB(re rad/μPa),实测平均值为-151.3 dB(re rad/μPa)。实测值范围为-151.9--150.5 dB(re rad/μPa),理论值与实测结果最大相差不超过1.2 dB(re rad/μpa)。实验表明,封装前、后的工艺流程对探头的声压灵敏度有一定影响。
光纤水听器 声压灵敏度 弹性力学 封装层 弹性筒 芯轴 激光与光电子学进展
2010, 47(7): 070601
1 中国科学院光电技术研究所,成都 610209
2 中国科学院研究生院,北京 100039
大口径非球面加工技术一直是先进光学制造领域研究的前沿课题,本文开展了以大型非球面应力抛光技术(SMP)为核心的相关先进光学制造技术的研究。研究了应力抛光技术的原理及算法,以加工一块口径为Φ314 mm,F/7 的抛物面镜为例,验证应力抛光技术的合理性和有效性。采用干涉仪检测抛光结束的抛物面其峰值(PV)为3.317λ,均方根(rms)为0.489λ。结果表明,应力抛光技术能够以较高精度、快速地形成旋转对称的抛物面,其面形误差满足或接近于非球面面形的精度要求。
光学加工 应力抛光技术 弹性力学 抛物面 光学测量 optical fabrication stressed mirror polishing mechanics of elasticity paraboloid optical measurement
苏州大学 现代光学技术研究所，江苏 苏州 215006
新一代空间相机的非球面主镜由一些超轻超薄的分块镜组成，由于目前通用的空间光学反射镜材料非常有限且大部分均为脆性材料，在力的作用下产生强制性的变形将引起镜体大的应力甚至破碎，所以必须研究超薄镜的破坏阈值。首先将弹性力学中应力强度因子的概念引入主动光学中，证明了应力强度因子即传统意义的材料破坏阈值。提出材料表面的微裂纹是材料脆性断裂的根本原因。介绍了一种计算材料应力强度因子的方法。最后针对超薄平面镜模型进行了实例计算，得到了超薄镜的破坏阈值与其尺寸、厚度、支承条件、表面粗糙度之间的关系。
非球面镜 弹性力学 应力强度因子 破坏阈值 超薄镜 aspheric mirror elasticity stress intensity factor damage threshold ultrathin mirror
