针对金属材料的激光立体成形 (MLSF)工艺,利用大型有限元分析工具Ansys的二次开发语言APDL,开发了成形过程温度场、应力场的参数化有限元模型。该模型综合考虑了随温度变化的材料非线性、高斯激光能量分布、对流/辐射换热边界条件、相变以及自由变形约束等一系列问题。通过使用过渡网格划分技术,在提高计算精度的基础上,大幅减少了单元数目,从而实现了金属激光立体成形过程的整体建模。采用移动热源和单元生死技术,对激光成形过程热应力场进行了有效仿真,在准确计算温度场演化规律的基础上,揭示了塑性压缩区、塑性拉伸区、卸载区等热应力场产生的原因。使用该参数化模型便于研究金属激光立体成形工艺条件、不同材料等对成形过程热应力场的影响。

针对共振隧穿二极管近红外探测器焦平面阵列本征电流较大的问题，提出了一种通过对共振隧穿二极管近红外探测器双势垒结构(DBS)进行p 型掺杂来抑制电流的方法，并用有限元软件对探测器进行了模拟。研究了单势垒p 型掺杂、双势垒p 型掺杂、双势垒结构p 型掺杂及p 型掺杂浓度对探测器本征电流抑制效果的影响。模拟结果显示，对双势垒结构进行p 型掺杂后，探测器的隧穿峰值电流比非掺杂的双势垒结构的探测器的隧穿峰值电流小将近3个数量级。随着双势垒结构p 型掺杂浓度的增加，器件本征电流会相应地减小。对器件进行了制备以及测试，结果表明，将双势垒结构进行p 型掺杂，对探测器的本征电流有明显的抑制作用。

研究了面向海洋应用的光纤法布里-珀罗高压传感器，通过建立有限元数值模型对传感器满量程腔长变化量进行分析。数值仿真显示，有限元模型的满量程腔长变化量处于固支模型和简支模型之间，且随着法布里-珀罗腔半径的减小和硅膜片厚度的增加而偏离固支模型。引入固支边界条件偏离度β对偏离程度进行量化分析。制作了三种不同规格的传感器进行压力实验研究。实验结果显示，实际测量得到的传感器芯片满量程腔长变化量与有限元数值计算的结果基本吻合，使用该有限元模型设计传感器芯片可将满量程腔长变化量误差降低到13.4%以下。传感器最大量程达到105 MPa，满量程测量精度均优于0.100%。