Analysis of Si/GaAs Bonding Stresses with the Finite Element Method

In conjunction with ANSYS, we use the finite element method to analyze the bonding stresses of Si/GaAs. We also apply a numerical model to investigate a contour map and the distribution of normal stress,shearing stress,and peeling stress,taking into full consideration the thermal expansion coefficient as a function of temperature. Novel bonding structures are proposed for reducing the effect of thermal stress as compared with conventional structures. Calculations show the validity of this new structure.

异质外延自组织锥形量子点长程相互作用对弹性应变场分布的影响

利用有限元法，在ANSYS环境下，利用二维模型对自组织应变外延异质结锥形量子点的应力应变分布情况进行了系统分析。分析过程分别考虑了孤立锥形量子点系统、单层多量子点系统以及量子点超晶格系统三种情况，结果表明，单层和超品格多量子点系统衬底之间存在的长程相互作用力对量子点及其周围的应力应变分布有显著影响。在计算应变对多量子点系统的电子结构的影响时，必须将多量子点之间的相互作用对应变的贡献考虑进去。

异质外延自组织量子点弹性应变场分布的研究

通过有限元法，在ANSYS环境下，利用二维模型对自组织应变外延异质结透镜形量子点的应力应变分布情况进行了系统分析。分析过程分别考虑了孤立量子点系统、单层多量子点系统以及量子点超晶格系统3种情况，结果表明单层和超晶格多量子点系统衬底之间存在的长程相互作用力对量子点及其周围的应力应变分布有显著影响。在计算应变对多量子点系统的电子结构的影响时，必须将多量子点系统整体考虑。

Investigation on Elastic Strain Energy in Quantum Dots

In this paper, we calculated the elastic strain and elastic strain energy inside the semiconductor quantum dots by using the finite element programming package ANSYS 6.0. The values of elastic strain and strain energy in the three shapes of quantum dots were calculated, and led to the conclusion that the pyramid island structure of quantum dots is the most stable shape in the three shapes under thermal-equilibrium condition.

齿轮齿条爬升式升船机系统的自振特性和稳定性

研究包括塔柱、承船厢、提升钢索、滑轮组、平衡重、厢内水体、驱动机构和限位装置在内的齿轮齿条垂直爬升式升船机系统,讨论其自振特性和稳定性;根据系统的设计方案,通过动力学相似原则将塔柱简化为空间桁架模型;将承船厢视为空间梁、板和集中质量系统,厢内水体离散为三维容器流体单元;将驱动机构和限位装置简化为弹簧单元;利用有限元程序ANSYS建立升船机系统的参数化流-固耦合有限元模型,通过求解大型特征值问题,得到系统的自振特性,并讨论弹簧刚度、承船厢竖向位置对系统自振特性的影响。利用自振频率为零时系统失稳的力学概念,讨论系统的稳定性。

热障涂层皱曲现象的数值模拟研究

对装机使用后的热障涂层叶片进行观察,发现电子束物理气相沉积涂层和等离子喷涂涂层表面均出现皱曲,不同于通常意义上的陶瓷层/粘接层界面皱曲.为了解释这种皱曲伴生的涂层断裂以及与皱曲特征参数的关系,利用ANSYS进行了数值模拟,表明皱曲波长对涂层断裂位置产生影响.短波长时面层凹陷处等效应力更大,属危险点.长波长时面层凸起处应力更大,在面层/底层界面处属危险点.

CR超导二极铁导线的3D有限元失超模拟

利用FEM软件ANSYS对德国GSI的FAIR项目的超导二极铁的超导线进行了失超模拟.该模拟形象地给出导线的失超过程,通过APDL编程可以得到失超传播速度,失超时导体的端电压随时间的变化.文章还进一步研究了导线的最小失超传播区域MPZ,失超段初始温度和电流对失超传播速度的影响.

3D quench simulation using finite element method for CR superconducting magnet's strand

The CR superconducting magnet is a dipole of the FAIR project of GSI in Germany. The quench of the strand is simulated using FEM software ANSYS. From the simulation, the quench propagation can be visualized. Programming with APDL, the value of propagation velocity of normal zone is calculated. Also the voltage increasing over time of the strand is computed and pictured. Furthermore, the Minimum Propagation Zone (MPZ) is studied. At last, the relation between the current and the propagation velocity of normal zone, and the influence of initial temperature on quench propagation are studied.

轴对称磁透镜设计；Design of axially symmetric magnetic lens

以中国科学院近代物理研究所正在研制的轴对称磁透镜为例,设计了两种结构的轴对称磁透镜:带屏蔽铁壳的螺线管透镜和极靴形状为锥形的Glaser透镜。带屏蔽铁壳的螺线管透镜产生的轴对称磁场比较均匀,而极靴形状为锥形的Glaser透镜产生的轴对称磁场比较集中。分别采用了两种物理模型计算磁场,同时应用有限元分析软件ANSYS进行数值模拟,最后从物理和工程角度对这两种透镜作了全面比较,得出带屏蔽铁壳的螺线管透镜结构更符合设计要求。

深层治癌束运线极高、超高真空系统

本论文根据已有的设计方案及图纸，验证设计方案的可行性。主要内容如下：第一，根据公式估算深层治癌束运线各段的真空度，并用VAKTRAK程序模拟出压力分布曲线；第二，运用ANSYS程序对烘烤段各真空管道，尤其是盒形真空室（二极铁真空室）进行力学分析，验证设计尺寸是否可行；第三，根据力学分析，确定超薄壁拱形真空管道的波宽和波高，能够满足使用要求。第四，参考德国GSI有关资料，对膜窗材料进行了计算和验证，并成功的运用到实际中去。 目前，深层治癌束运线真空系统已经安装完毕，经过抽空、检漏，各元件均已达到设计要求，非烘烤段的真空度已达标，烘烤段已达到烘烤前应有的真空度，现正在安装烘烤外套及烘烤控制装置

CSR特殊磁铁研制

特殊磁铁主要指用于同步加速器束流的注入和引出系统中的各类磁铁，如切割磁铁、BUMP磁铁、KICKER磁铁等。从结构和用途上来看，特殊磁铁基本属于二极偏转磁铁范畴；与常规的二极磁铁相比，只是在运行模式、磁场分布和好场区位置、杂散场分布、磁铁功能以及磁铁结构和材料等方面具有突出的特殊性。如切割磁铁的好场区要紧贴切割边，而切割边外侧的杂散场要降到主场的千分之一以下；BUMP磁铁和KICKER磁铁的磁场值不高，但要以很快的脉冲方式工作，所以就具有大电流、线圈匝数少的特点。各种特殊的性能要求使得特殊磁铁的设计和制造相当复杂。 HIRFL-CSR工程共有四台切割磁铁、四套BUMP磁铁以及两套KICKER磁铁用于加速器束流的注入和引出系统中。论文介绍了特殊磁铁的选型、材料选取、电磁设计、二维及三维磁场计算、电磁参数计算、冷却计算、结构设计以及工艺设计等磁铁设计的全部过程；另外，对磁铁研制的具体细节以及技术要求、加工制造以及测试结果也作了比较全面的介绍。论文将磁铁的二维及三维磁场计算作为设计和论述的重点；因为就目前的技术水平来说，二维及三维磁场的计算是磁铁设计的主要环节，是磁场优化的主要手段，也是其他主要电磁参数计算的基础。特别是三维磁场的计算结果，是磁铁设计的主要技术依据，是一种仿真度极高且经济实用的模拟过程。一些比较成熟的磁场计算软件，如TOSCA、ANSYS、MAFIA等更是具有人机界面简单、建模方便、计算结果直观可靠等优点。特殊磁铁的磁场计算所用的程序是TOSCA；从文中提供的测试结果看，计算结果与实测值的误差只有 1 %，可见其结果是极其可信的。从测试和运行结果来看，各种特殊磁铁的研制是成功的。特殊磁铁的成功研制为HIRFL-CSR的束流注入和引出提供了硬件基础

3T超导螺线管的研制

超导螺线管广泛应用于核磁共振仪、粒子探测器等设备。本文设计了中心场值为3T，中心附近Φ30mm区域内均匀度达到1×10-4的超导螺线管。磁体线圈采用多芯NbTi-Cu复合超导线绕制，并利用铁轭屏蔽漏场。磁体采用温孔冷铁轭、全浸泡冷却方式结构。同时，为了减少辐射漏热，采用液氮冷屏、真空多层绝热结构。 本文重点对带有冷铁轭的超导螺线管的磁场进行了优化设计。设计过程中结合了专业磁场计算软件OPERA和多种优化方法。线圈采用六次槽型结构，利用遗传算法和优选法优化线圈尺寸；铁轭采用正交试验设计优化尺寸。 利用有限元软件ANSYS对超导磁体进行电磁力分析，并且对降温后线圈、支撑筒和箍筒的热应力进行了模拟计算。估算了支撑系统的传导漏热、磁体的辐射漏热以及剩余气体漏热。详细介绍了超导磁体绕制工艺，超导磁体液氦杜瓦的加工工艺，并且对杜瓦的绝热工艺进行了介绍。最后介绍了超导螺线管的总体加工进展

SUPER-FRS/CR超导磁体力学性能分析

中国签订了为德国FAIR国际大科学工程加工SUPER-FRS/CR超导二极磁铁样机的合作备忘录。该超导二极磁铁属于常温铁芯、低温线圈的超导磁铁，该磁铁的磁场强度0.15～1.6T，偏转角度15°，偏转半径8125mm，磁场精度要求±1×10-4，磁铁总重量约50吨。磁铁铁芯采用0.5mm的硅钢片叠压成型，由中科院近代物理研究（IMP）所计算、设计制造，线圈采用4.2K液氦浸泡式超导线圈，由合肥等离子体所设计制造（IPP）。 超导磁体的力学性能分析一直是超导磁体的基础问题。本文利用有限元分析方法，借助有限分析工具ANSYS、ADINA、OPERA等，分析了超导磁体的电磁场，着重模拟计算了SUPER-FRS/CR超导二极磁铁的电磁力作用；模拟了降温过程，计算了杜瓦、线圈热应力的作用；并对SUPER-FRS/CR超导线圈进行地震载荷作用的模拟。对以上不同的受力作用所遵循的不同的机械设计准则，进行不同的分析，最后计算结果证明设计的结构是安全、可靠的。由于超导线圈的结构复杂，导致在线圈拐角的地方应力有些集中，但是并不影响结构的可靠性。 本文还介绍了超导实验线圈的一些工艺设计，例如超导线圈的绕制，低温材料的选择，电流引线的设计工艺，以及VPI工艺。并对实验磁体进行了一系列的低温性能测试，例如短样测试、降温实验等，获得了一些重要的低温实验参数。这些参数将为以后超导磁体的研制提供宝贵的依据

CSR切割磁铁研制

切割磁铁主要用于加速器束流的注入和引出系统中。从结构和用途上来看，切割磁铁是一种特殊的二极偏转磁铁；与常规的二极磁铁相比，它有结构复杂、好场区位置特殊、杂散磁场低、运行条件苛刻等特点。特别是切割磁铁的切割边，设计和制造相当复杂，它是屏蔽杂散磁场、得到理想磁场分布的决定因素；另外，为了便于真空管道的烘烤，防止烘烤真空管道时烧坏磁铁线圈，切割磁铁还必须有一套调节灵活、复位方便的传动机构。HIRFL-CSR工程共有四台切割磁铁用于加速器束流的注入和引出系统中。论文介绍了切割磁铁的选型、切割磁铁样机的电磁设计、二维磁场计算、结构设计以及工艺设计等磁铁设计的全部过程；另外，对切割磁铁样机总体的以及主要部件的技术要求、加工以及测试结果也作了比较全面的介绍。论文详细介绍了切割磁铁样机的二维磁场的计算；因为就目前的技术水平来说，二维磁场的计算是磁铁设计的主要环节，是磁场优化的主要手段；特别是二维磁场的计算结果，是磁铁设计的主要技术依据，是一种经济实用的模拟过程。一些比较成熟的场计算软件，如TOSCA、ANSYS|、MAFIA等更是具有人机界面简单、建模方便、计算结果直观可靠等优点。切割磁铁的磁场计算所用的程序是TOSCA；从文中提供的测试结果看，计算结果与实测值的误差只有1％，可见其结果是极其可信的。样机的成功研制为切割磁铁的设计和加工积累了经验。

混凝土薄壳球形水窖结构的优化设计

分析球形水窖空间结构的应力分布情况并进行几何尺寸优化,避免建设者根据经验来确定球形水窖的厚度、构造及混凝土标号,以节省建窖材料,同时防止应力不足而发生破坏。【方法】利用基于ANSYS平台新开发的窖体有限元分析软件,对实际中窖壁厚度为4和11 cm的混凝土薄壳球形水窖进行空间结构应力分析,同时以水窖耗材量最小为目标函数,以许用应力和变形量为约束条件,对其进行几何尺寸优化。【结果】计算得出窖壁厚度为4和11 cm的水窖最大拉应力分别为1 380.00和447.31 kPa,最大压应力分别为5 153.20和1 896.70 kPa;优化出空窖不利工况下容积为20,30和40 m3的球形水窖窖壁最佳厚度,即栗钙土地区分别为0.051,0.061和0.065m,黄土地区分别为0.050,0.059和0.062 m。【结论】经软件优化计算后的球形水窖结构,既能满足强度和刚度的要求,同时也最大限度地节约了材料用量;利用新开发的窖体结构优化分析软件,能够对球形水窖进行空间应力分析与结构优化,可以作为球形水窖设计软件。