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不确定性结构的过估计与能带特性分析

不确定性结构的过估计与能带特性分析

作者：赵茜西安电子科技大学

学位级别：硕士

由于受材料物性参数、外部激励、边界约束与加工装配误差等不确定性因素影响,工程结构的静动力学特性和响应往往难以精确预知。尤其对于复杂结构,不确定性将会得到不合理的结果从而对工程造成严重影响。目前,结合工程实际问题,考虑不确... 详细信息

由于受材料物性参数、外部激励、边界约束与加工装配误差等不确定性因素影响,工程结构的静动力学特性和响应往往难以精确预知。尤其对于复杂结构,不确定性将会得到不合理的结果从而对工程造成严重影响。目前,结合工程实际问题,考虑不确定性因素,需要开展不确定性结构力学分析等方面的研究。本文以不确定性结构为研究对象,分别着重对静动力学的过估计现象和能带特性进行了系统地分析。1.研究了不确定结构区间力密度找形设计。针对区间力密度算法的静力学过估计问题,引进改进的区间截断法对其进行消除,提出改进的索网结构区间力密度算法;并将该算法应用于不确定性索网结构的找形优化设计,以力密度为设计变量,反射面的形面精度为目标,最长索段为约束条件建立找形优化模型。算例表明,改进的区间力密度算法有效解决了静力学过估计问题,并适用于找形优化设计。2.研究了不确定性结构区间有限元动力学分析。针对区间有限元的过估计问题,以结构的动力学响应为模型,引进基于单元的子区间摄动法对其消除并打破了区间参数范围的限制;采用拉普拉斯变换对基于区间有限元的动力学模型进行修正,通过拉普拉斯变换和拉普拉斯逆变换对结构动力学响应进行求解,使求解过程方便且减少耗时性。算例表明,本文所提方法有效解决了区间有限元动力学分析的过估计问题,该方法不受区间参数范围的限制且在求解过程中耗时小。3.研究了不确定性周期结构的能带特性。针对二维周期晶格结构,结合有限单元法与bloch定理,推导了包含不同数量原子单元晶胞的能带特性方程;考虑到周期结构存在的不确定性,分别引进扰动法和渐近积分法,将不确定性结构作为线性随机系统,波数作为常数,刚度和质量作为随机变量,求解波数与固有频率的关系式从而得到能带特性图,并分别对布洛赫定理的失效情况、质量和弹簧刚度的不确定性因素对能带特性的影响作了进一步的研究。算例表明,本文方法在一定范围内有效地解决了不确定性周期结构难于求解能带特性的问题。

关键词：不确定性结构过估计区间力密度区间有限元周期结构能带特性

Be_(1-x)Mg_xO合金的能带特性与相结构稳定性研究

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物理学报 2012年第23期61卷 395-403页

作者：郑树文范广涵李述体张涛苏晨华南师范大学光电子材料与技术研究所广州510631

采用基于密度泛函理论的平面波赝势方法,对纤锌矿和岩盐矿结构Be_(1-x)Mg_xO合金的晶格常数、能带特性和形成能进行计算,分析了不同Mg组分下不同结构的Be_(1-x)Mg_xO合金晶格常数和能带差异.结果表明:随着Mg组分的增大,纤锌矿和岩盐矿Be... 详细信息

采用基于密度泛函理论的平面波赝势方法,对纤锌矿和岩盐矿结构Be_(1-x)Mg_xO合金的晶格常数、能带特性和形成能进行计算,分析了不同Mg组分下不同结构的Be_(1-x)Mg_xO合金晶格常数和能带差异.结果表明:随着Mg组分的增大,纤锌矿和岩盐矿Be_(1-x)Mg_xO合金的晶格常数都线性增加,但它们的能隙都逐渐减小.对于相同Mg组分的Be_(1-x)Mg_xO合金,岩盐矿结构的能隙要大于纤锌矿结构.当Mg组分为0.89时,Be_(1-x)Mg_xO合金由纤锌矿相转变为岩盐矿相.为了使理论值与实验值相一致,对Be_(1-x)Mg_xO合金的能隙计算值进行修正,得到纤锌矿和岩盐矿Be_(1-x)Mg_xO合金的能隙弯曲系数b值分别为3.451 eV和4.96 eV.对纤锌矿BeO-MgO-ZnO三元合金的能隙和弯曲系数与晶格常数关系做了分析.

关键词：密度泛函理论 Be1-xMgxO 能带特性相稳定性

Be和Ca掺杂纤锌矿ZnO的晶格常数与能带特性研究

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物理学报 2012年第22期61卷 372-380页

作者：郑树文范广涵章勇何苗李述体张涛华南师范大学光电子材料与技术研究所广州510631

利用密度泛函理论平面波的赝势方法,对Be、Ca掺杂纤锌矿ZnO的BexZn1-xO,CayZn1yO三元合金和BexCayZn1-xyO四元合金的晶格常数、能带特性和形成能进行计算,结果表明:BexZn1-xO晶格常数随Be掺杂量的增大线性减小,但CayZn1yO晶格常数随Ca... 详细信息

利用密度泛函理论平面波的赝势方法,对Be、Ca掺杂纤锌矿ZnO的BexZn1-xO,CayZn1yO三元合金和BexCayZn1-xyO四元合金的晶格常数、能带特性和形成能进行计算,结果表明:BexZn1-xO晶格常数随Be掺杂量的增大线性减小,但CayZn1yO晶格常数随Ca掺杂量的增大而增大.BexZn1-xO和CayZn1-yO能带的价带顶都由O2p态电子占据,导带底由Zn4s态电子占据,其能隙随Be或Ca掺杂量的增大而变宽.由Be和Ca共掺ZnO得到的Be0.125Ca0.125Zn0.75O四元合金,其晶格常数与ZnO相匹配,能隙比ZnO大,稳定性优于Be0.25Ca0.125Zn0.625O和Be0.5Zn0.5O合金,Be0.125Ca0.125Zn0.75O/ZnO异质结构适合制作高质量ZnO基器件.

关键词：密度泛函理论 BexCayZn1-x-yO 晶格常数能带特性

纤锌矿Beo掺Cd的电子结构与能带特性研究

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物理学报 2012年第17期61卷 429-438页

作者：郑树文范广涵何苗姚光锐陈峻贺龙飞华南师范大学光电子材料与技术研究所广州510631 广东工业大学实验教学中心广州510006

采用基于密度泛函理论平面波赝势方法,对纤锌矿BeO掺Cd的Be_(1-x)Cd_xO合金进行电子结构与能带特性研究.结果表明:Be_(1-x)Cd_xO的价带顶始终由O 2p电子态决定,而导带底由Be 2s和Cd 5s的电子态决定.随着Be_(1-x)Cd_xO合金的Cd掺杂量增加... 详细信息

采用基于密度泛函理论平面波赝势方法,对纤锌矿BeO掺Cd的Be_(1-x)Cd_xO合金进行电子结构与能带特性研究.结果表明:Be_(1-x)Cd_xO的价带顶始终由O 2p电子态决定,而导带底由Be 2s和Cd 5s的电子态决定.随着Be_(1-x)Cd_xO合金的Cd掺杂量增加,Cd 4d与O 2p的排斥效应逐渐加强,同时Be_(1-x)Cd_xO的带隙逐渐变小,出现"直接—间接—直接"的带隙转变.为了使理论值与实验值相一致,对Be_(1-x)Cd_xO带隙进行修正,并分析了纤锌矿BeO-ZnO-CdO三元合金的带隙和弯曲系数与晶格常数的关系.

关键词：密度泛函理论 Be1-xCdxO 电子结构能带特性

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二维声子晶体能带特性研究

激光杂志 2013年第6期34卷 30-31页

作者：徐丽临沂大学实验管理中心山东临沂276000

介绍声子晶体的概念及其种类,基于平面波展开法,设计了以环氧树脂为基底,铝为散射体材料的二维XY模式声子晶体,模拟得到了能带范围为5.838KHz至8.981KHz,比较了铝、铝2和铝3的能带结构,得到随着铝密度和杨氏模量的增加,剪切模量的减少,... 详细信息

介绍声子晶体的概念及其种类,基于平面波展开法,设计了以环氧树脂为基底,铝为散射体材料的二维XY模式声子晶体,模拟得到了能带范围为5.838KHz至8.981KHz,比较了铝、铝2和铝3的能带结构,得到随着铝密度和杨氏模量的增加,剪切模量的减少,能带宽度增加。同时还比较了随着散射体半径的增加,计算得到能带宽度也增加了。结论为二维XY模式声子晶体器件的制作提供理论参考。

关键词：声子晶体能带特性平面波展开法

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基于有限元法的二维光子晶体能带特性研究

基于有限元法的二维光子晶体能带特性研究

作者：武校刚燕山大学

学位级别：硕士

近年来,光子晶体的理论分析与实验研究是光通讯和光器件技术的热点。在光子晶体光波导和光学无源器件的应用中,光子晶体的能带结构的可调谐性成为光子晶体在光通讯中广泛应用的瓶颈。因此,必须系统分析光子晶体的能带结构可调谐性的有... 详细信息

近年来,光子晶体的理论分析与实验研究是光通讯和光器件技术的热点。在光子晶体光波导和光学无源器件的应用中,光子晶体的能带结构的可调谐性成为光子晶体在光通讯中广泛应用的瓶颈。因此,必须系统分析光子晶体的能带结构可调谐性的有效控制理论和方法。论文采用有限元方法针对二维光子晶体能带特性及其能带可调谐性的实现展开的研究。首先,理论分析了二维光子晶体产生光子带隙的物理机理。以电磁波理论为基础,将介质中的光理解为一定频率的电磁波,给出了光子晶体的麦克斯韦方程组的标量微分形式。此外,依据电磁场中有限元法的分析过程,结合光子晶体中的Bloch理论和布里渊区域理论,以电磁学的变分原理为基础,建立了二维光子晶体有限元数学模型。其次,采用建立的二维光子晶体有限元模型分析了三种圆柱形晶格类型的二维光子晶体即三角晶格、正方晶格和蜂窝状六方晶格的二维光子晶体的能带特性。在此基础上,分别就介质柱介质的介电常数、背景介质的介电常数及介质填充比对三种晶格类型的二维光子晶体能带特性的影响进行深入研究。最后,理论分析了三种场致效应（即温度效应、光弹效应和电光效应）对光子晶体结构的影响。结合光子晶体的介质折射率的变化导致其能带的变化,通过建立的有限元模型的仿真得到了三种效应下相应外界变量对二维光子晶体能带特性的影响。结果表明,利用三种场致效应特性,通过光子晶体介电材料的优化选择,可实现二维光子晶体能带可调谐性的有效控制及其优化。

关键词：二维光子晶体有限元法能带特性可调谐性