在机械系统中，间隙无处不在，由间隙引起的接触非线性往往会严重影响系统的动态响应精度，从而降低系统的动力性能。如果能利用系统动态信息识别出间隙大小，就能为机械系统的间隙控制提供依据。针对多自由度含间隙非线性系统，提出一种结合传统恢复力曲线方法与矩阵行空间正交投影技术的间隙值辨识方法。通过激励力和响应加速度得到传统意义下的恢复力，将该恢复力投影到各非线性位置上，绘制投影恢复力关于对应位置位移的曲线，由曲线的拐点就可以准确地识别间隙值。经过仿真验证了该改进方法的可行性，并与其他方法进行对比显示了该方法的优越性。在设计的含间隙悬臂梁试验台上进行参数辨识试验，验证了该方法在真实试验条件下的有效性。
采用有限幅值法测量材料非线性系数，提出减少声源非线性影响以提高检测结果精度的方法。利用多元高斯声束模型，将准线性条件下探头产生的基波、二次谐波及声源非线性声场表示为纯平面波解、衰减修正项和衍射修正项组合的形式;通过设备输出的监测信号分析声源非线性值的大小;进一步修正了采用平面波理论计算非线性系数计算公式，得到消除声场衍射、声能衰减及声源非线性波影响下更加准确的计算方法。对6061铝试块进行非线性系数的测量试验，结果显示在消除声源非线性影响下，不同检测电压下的测量结果间误差在10%以内，相比于未考虑声源非线性时的结果，其精度得到了极大的提高。研究将为减少声源非线性影响以提高材料非线性系数的测量精度提供理论帮助。
发展一种用于缺陷定位的非线性超声阵列成像方法。研究聚焦声场的时间-空间传播特点以及形成扩散声场的条件，分析并行聚焦和顺序聚焦的扩散声场声动能与非线性效应的关系，提出利用超声阵列在两种聚焦模式下激励带宽内(基波)声动能差值表征的非线性超声成像方法。进一步研究时延及时间窗宽对两种检测模式的扩散声动能及非线性成像的影响，优化出有效的非线性成像参数。结果表明：时延的选择对成像结果影响较大，时间窗宽的选择对成像结果影响较小;在一定时延范围内，均可以形成稳定的扩散声场，在该时延范围内可以较好实现微裂纹检测。利用提出的非线性超声阵列成像方法很好地实现了结构中微裂纹检测及成像。
通过双相钢/铝合金激光胶接焊和激光焊接的对比分析，揭示钢上、铝下搭接激光胶接焊时胶层作用。对焊接过程进行等离子体形貌同步拍摄和焊接光谱采集并分析，与激光焊接比较，发现激光胶接焊时等离子体的颜色明亮，形态密度大，与试样板材表面呈一定角度，胶层分解产物利于改善下层铝合金表面高反射率的状况，等离子体对激光能量的吸收减少;而光谱相对强度和光致等离子体电子密度增加，胶层的存在增加试件对激光的吸收率;焊接成形试验发现胶层可起增加焊接熔深和熔宽的作用;剪切试验结果表明胶层提高焊接接头的平均抗剪强度。由于添加胶层加快上层双相钢冷却速度，增加下层铝合金对激光能量的吸收，导致下层Al向上层钢侧的扩散受到抑制，而熔宽两侧熔融态Al体积分数增多，焊接熔宽加大，增加钢、铝横向结合面积，提高焊合率，此外剪切力的外加载荷由焊缝和胶层共同承担，因此添加胶层改善了钢/铝焊接接头的力学性能。
薄壁曲面铝合金零件整体液压成形时，易发生起皱和破裂缺陷，探讨通过施加外层板能抑制缺陷发生的机理。采用5A06铝合金内层板材和1Cr18Ni9Ti不锈钢外层板材，对双层板液压胀形行为进行研究。通过塑性理论分析板材液压胀形屈服半径，讨论经向摩擦力及法向压力对板材应力大小的影响;利用数值模拟给出内层板的应力、应变分布;通过双层板液压胀形试验，对比单层板和双层板条件下，铝合金内层板极限胀形高度、极限应变，分析双层板的变形协调性。结果表明：通过施加不锈钢外层板，减小了5A06铝合金内层板顶部位置面内的双向拉应力，减小了内层板变形区应力、应变梯度，使胀形变形更加均匀，胀形高度提高32%，顶部极限应变提高51.7%，极限应变显著提高。
三类高档冷轧钢板产品——印铁镀锡钢板、涂装汽车面板、装饰装潢钢板对视觉美观性的要求，关乎钢板表面微观形貌的光物理效应，具体表现为色彩特性、反光特性、粗细特性、映像特性、均匀特性和轮廓清晰度等。针对其中印铁镀锡钢板表面视觉美观性要求，将用户需求指标化并定量化镀锡钢板表面光泽度控制目标值，根据光泽度测量原理建立金属表面光泽度理论计算模型，并经批量工业生产试验实测数据验证光泽度理论模型的正确性后，研究揭示钢板表面微观形貌对表面光泽度的影响机制，获得钢板表面微观形貌参数Ra值和Pc值对表面光泽度的影响规律。应用光泽度计算模型将用户要求的光泽度控制目标进一步转化为镀锡钢板生产中可控的Ra值和Pc值的控制目标，并针对某条国内最先进DI材镀锡钢板连续生产线，研究提出镀锡钢板表面光泽度控制的工艺方法和技术，投入长期生产稳定使用后使产品的光泽度质量完全满足了用户的严格要求，创造了显著的经济和社会效益。
以填充天然橡胶哑铃型圆柱试件为研究对象，进行不同应变比R与变幅载荷下的单轴疲劳试验，并分析变幅载荷对疲劳寿命的影响。以应变幅值为损伤参量，建立基于应变比R=0的等效应变幅值统一疲劳寿命预测模型，利用该模型预测所有应变比工况下的疲劳寿命，其预测值与实测寿命的偏差在2倍分散因子以内;对不同应变比R、载荷水平、加载顺序与停顿时间等变幅载荷下的疲劳寿命进行单轴疲劳试验，基于Miner线性损伤法则预测变幅载荷下的疲劳寿命，和实测寿命相比其偏差都落在2倍分散因子以内;对哑铃型试件进行随机载荷疲劳试验，通过雨流统计和不同应变比R下的统一疲劳寿命预测模型计算其总寿命，预测结果和实测结果最大误差在34%以内。验证了Miner线性损伤法则在填充型天然橡胶疲劳寿命预测中的普适性，所建立的不同应变比R下的等效应变幅值统一疲劳寿命预测模型可用于橡胶隔振器的前期耐久评估。
动物胶粘结剂是水溶性天然高分子粘结材料，具有无毒无害、可降解等特性，但其也具有在常温下易凝聚、流动性差、型砂强度低等问题，针对这一问题需要对其进行改性处理。在碱解条件下，采用丙三醇、乙醇和糊精对动物胶进行改性处理。试验表明：在碱解过程中，水胶比为8∶5，NaOH加入量为动物胶质量的5%，在改性过程中，选择的改性剂最佳配比(质量比)为：动物胶∶丙三醇∶乙醇∶糊精=100∶10∶10∶10，改性温度为75 ℃、改性时间为90 min。测得其表面张力值为26.451 mN/m、抗压强度达到3.30 MPa，最后通过红外光谱对改性机理进行理论分析，分析认为改性剂丙三醇、乙醇和糊精可与动物胶发生反应。结果证明丙三醇、乙醇和糊精复合改性剂可以降低动物胶表面张力，提高表面润湿性，最终使得砂型强度增大。
介电型电活性聚合物(Electroactive polymer，EAP)材料的应力应变本构模型是进行EAP驱动器设计和优化的基础。提出一种由非线性弹簧组成的、具有空间网状结构的EAP膜超弹性模型，基于能量法推导出其应力变形关系式，并揭示该模型与Ogden模型之间的关系。采用单轴、等双轴拉伸试验分别对相关模型参数进行拟合，利用该结果对等双轴、单轴拉伸的受力进行预测和对比分析。根据不同条件拟合出的材料参数进行试验预测时，其结果与实际值存在一定差异，提出对单轴、等双轴拉伸试验数据进行综合拟合的方法。采用综合拟合方法后模型分析精度得到很大提高。分析结果表明，3参数的非线性超弹性模型能较准确描述两种试验条件下的EAP膜应力变形关系，模型参数的拟合数据宜选与其工作条件相近的试验方法获取。
现代飞行器设计优化中广泛应用高精度分析模型以提高设计可信度与综合性能，但是也带来了计算复杂性问题。为了有效缓解计算耗时的问题，基于计算试验设计与代理模型的飞行器近似优化策略成为研究热点。近似优化策略通过构造合理的近似模型引导优化过程快速收敛到最优解，从而达到降低计算成本，缩短设计周期的目的。根据广泛的文献调研，对飞行器近似优化策略的发展现状进行详细探讨。给出近似优化策略的定义、求解流程、特点以及关键技术。对计算试验设计方法、代理模型方法、精度校验与代理模型选择方法等技术进行综述。围绕静态与自适应两类近似优化策略，重点讨论典型的代理模型管理与更新策略与收敛准则。针对飞行器多学科设计优化问题，探讨近似优化策略与分解策略在求解效率与收敛性方面的技术特点。通过数值算例对各项关键技术的特点进行较详尽的对比分析与总结，并依托飞行器设计优化工程实例对近似优化策略的综合性能进行探讨，指出不同近似优化策略的适用范围。研究结果表明，飞行器近似优化策略在优化效率、全局收敛性以及鲁棒性等方面体现出较显著的优势，具有良好的工程应用前景。指出飞行器近似优化策略的未来研究方向。
驾驶员方向控制模型在人-车-路闭环系统仿真、驾驶员辅助系统开发和智能汽车控制中具有重要作用。在假设驾驶员具有汽车轨迹预测能力的基础上，提出一类基于轨迹预测的驾驶员方向控制模型。分别假定汽车在将来一段时间内保持恒定的横摆角速度或横摆角加速度，并结合汽车状态参数预测汽车的行驶轨迹，采用期望式、增量式以及期望式与增量式集成的转角决策方法建立5种不同的驾驶员模型。在veDYNA/Simulink联合仿真平台上对各驾驶员模型进行仿真试验，结果表明，增量式驾驶员模型表现出良好的路径跟踪精度和很强的鲁棒性，期望式模型的转向操纵更加平滑，而集成式模型则具备综合优势。在veDYNA/Labview硬件在环实时试验台架上对所提出的驾驶员模型进行模拟试验，所得结论与仿真基本一致。
车内热环境对乘员热舒适性、行车安全和燃油消耗都有重要意义。以我国南方夏季典型天气环境下车内热环境为研究对象，首先建立试验和数值仿真方法;然后对外部环境作用下车内热流场稳态特性进行测试和数值计算，并以此作为初始条件进一步对空调系统作用下车内热环境动态特性进行测试和计算;最后对车内热环境的稳态和动态特性及其影响因素进行分析研究。结果表明车内热环境存在典型的“温室效应”;所受太阳辐射强度的不同导致壁面温度存在着较大差异，且在自然对流的作用下气温在高度方向存在明显的分层现象，车内热环境呈现高度非均匀的分布特性;空调开启后，车内气温在10 min左右可达到稳态，而壁面温度的变化速率要小于气温，30 min后依然没有达到稳态，车内仍然存在明显的瞬态非均匀特性。
考虑困难度的驾驶员手伸及能力研究非常必要。文献研究表明：目前尚少有对于驾驶员手伸及困难度及其机理，以及考虑困难度的手伸及能力的研究。在密执安大学交通研究所的试验数据基础上，编写程序对数据进行处理，抽取目标点坐标、被试者人体尺度、伸及过程中人体关节点坐标、主观困难度评价等数据;建立人体运动学模型，并定义姿势角度变量;对考虑困难度的伸及能力因素进行分析，采用二分类Logistic 回归对伸及能力进行了建模，并对模型质量进行验证;基于伸及能力模型和某款车型驾驶室布置数据，在考虑驾驶员乘坐位置的基础上，建立了相应的伸及界面，并与同样车型的SAE J287手伸及界面进行对比;根据分布较边缘的被试人员人体数据建立AnyBody人体生物力学模型，并进行伸及末帧的生物力学分析，得出了人体生物力学负荷与伸及能力和困难度的关系，并分析不同身材驾驶员生物力学负荷的特点和对伸及困难度评价的影响。其意义更在于建立一种面向不同人群、基于伸及末帧数据和车型布置参数的、考虑困难度的伸及能力限度建模 方法。
随着轨道交通事业的蓬勃发展，轨道车辆的运行速度、运输效率以及智能化水平得到不断提高。然而，作为这些技术发展的必要前提，轨道交通可靠性保障理论是轨道交通事业的重中之重。轨道车辆一般由车体、车门、动力及传动系统、走行部、制动系统、电气系统、车载信号系统和其他辅助功能部分组成，轨道车辆运行工况复杂多变、噪声干扰大以及故障模式难以预知等特点一直是其故障诊断面临的突出挑战。通过调研近15年的文献资料，归纳并总结轨道车辆各个子系统及关键部件在故障诊断理论、方法与技术成果，同时从故障检测和远程诊断两个侧面讨论了轨道车辆故障诊断的特点，最后尝试指出了该领域中迫切需求的故障诊断技术及理论发展方向，即应该深化思想内涵，加快表象到机理的研究速度，加快理论向应用的转化速度，切实提高轨道交通关键装备的故障诊断及健康管理能力。
采用SIMPACK动力学软件，建立一高速车辆出现轴箱轴承表面波纹度缺陷的动力学计算模型，将轴承假设为只有外圈和内圈两者之间的相互作用，轴承中的滚子直接等效成若干个力元，分别考虑轴承的内、外圈以及滚子表面波纹度对车辆振动特性的影响。仿真结果表明：当轴承出现波纹度缺陷时，轴箱振动加速度会增大，而构架的加速度变化不大;对于外圈表面波纹度，会在特定频率及其倍频处出现峰值，且当纹度波数等于或接近滚子数目相或其倍数关系时，轴箱会出现严重的振动;对于内圈表面波纹度，当波纹度数且
(其中i为正整数)时，在所仿真的波数下可能会出现多种基频及其倍频成分，否则只会产生特定的基频及其倍频成分;对于滚子表面波纹度，当滚子波纹度数目为偶数时，只会出现特定的基频及其倍频成分，且在特征频率旁边存在着调制边带;随着滚子波纹度数目的变化，三种情况下的轴箱振动加速度幅值会在波纹度数目等于滚子数目处产生峰值点，且随着波纹度幅值的增加，三种情况下的轴箱的振动均变得越来越剧烈。
针对某600 MW机组排汽缸导流环形状对汽轮机排汽气动性能的影响，基于二次回归正交试验方法，安排不同形状导流环时排汽通道气动性能的数值计算，通过显著不失拟的回归方程确定目标函数最优解，对低压排汽缸导流环型线参数进行优化设计。结果表明：导流环型线参数与排汽缸静压恢复系数呈明显的非线性关系。导流环轴向通流空间和型线曲率对排汽缸静压恢复作用呈现相反的变化趋势，当同时满足通流空间大于320 m3及曲率小于0.6时，静压恢复能力趋于正交试验范围内的最佳值。优化后排汽缸的气动性能得到明显改善，出口流场均匀性得到很大的提高。排汽缸总压损失系数降低了6.85%，静压恢复系数增加了11.35%，排汽通道均匀性系数增大了6.79%。研究结果可为排汽缸导流环优化设计提供一定的参考。
通过建立气弹耦合分析模型，研究叶片、塔架等构件的耦合振动对叶根气弹载荷的影响以及在静、动态气动模型下的叶根和塔底气弹载荷的差异。采用“超级单元”模型，将叶片、塔架和主轴离散为通过转动铰和弹簧、阻尼器连接的刚体系统，以反映这类构件较大的弹性变形和非线性振动。在叶素动量理论(Blade element momentum， BEM)基础上，引入Beddoes-Lesihman动态失速模型，以反映气动载荷的动态特性。应用计算多体动力学理论和风力机气动模型，建立受约束的风力机系统气弹耦合方程。算例以某5 MW风力机为研究对象，通过施加不同的约束条件，研究风轮以外其他构件振动对叶根气弹载荷的影响;通过静、动态气动分析模型，考察叶根和塔底气弹载荷的动态耦合效应。分析表明，塔架、主轴等构件的运动会显著影响叶根的气弹载荷;叶片的动态失速特性也对叶根的气弹载荷和疲劳载荷谱有较明显的影响。研究工作对于保证风力机安全稳定运行和疲劳寿命设计有重要的作用。
反应成型模具加热系统热源强度的求解是一个典型的热传导反问题，即在给定的温度场解的条件下，求解热管的加载工况。根据反应成型模具加热系统的传热特性，结合线性热传导叠加原理，推导出模具加热系统热传导多源项反演算法，针对反演问题的不适定性，通过选择平方范数来提高反演稳定性和精度。设计单型腔反应固化成型模具，开发温度控制系统，搭建温度场测试试验平台。试验结果证明基于线性热传导叠加原理的多源项反演算法，在解决工程问题上是有效的、可靠的。
淹没条件下自振射流的频率特性决定着射流的打击效果，而获取射流的压力脉动信号对研究自振射流频率特性至关重要。射流的压力信号通常借助于冲蚀试验和标靶打击试验来间接获得，这里采用喷嘴腔内压力信号提取方法对自振射流频率特性进行试验研究。通过比对分析证明，直接采集腔内压力信号可以有效获取自振射流的频谱特征。与标靶打击试验相比，该方法受随机扰动少，频谱清晰，更有利于自振射流特征频率的提取。在此基础上，通过频谱分析得到自振射流的共振频率，并研究来流参数对自振射流频率特性的影响。试验结果显示，自振射流的共振频率并非是对来流扰动频率的直接放大，且受来流扰动的影响很小。来流速度对自振射流共振频率的影响较大，随着来流速度的增加，自振射流的共振频率及其对应的幅值均显著增加。这表明适当加大来流速度可以有效地改善自振射流的振荡特性。
针对现有液压阀流场(Computational fluid dynamics，CFD)仿真研究中，采用单相流模型进行计算，忽略了流体气化现象对流体密度及其流场的影响，仿真所得相对压力过低与实际不符的问题，运用Fluent软件，采用两相流模型，研究内流式滑阀流场分布，分析阀口开度、流量变化对于阀芯壁面压力分布及其稳态液动力的影响;设计一种壁面压力分布测量的试验方案，测量得到阀芯壁面的压力分布，并通过表面积积分法求出阀芯所受稳态液动力。结果表明：试验所得的内流式滑阀的壁面压力分布及其稳态液动力与仿真结果趋势一致，壁面压力峰值随着阀口开度的增大而减小;阀口开度较小时，稳态液动力的方向为阀口关闭的方向，在阀口开度达到临界点时，稳态液动力的方向为阀口打开的方向;滑阀稳态液动力公式计算由于忽略了入口射流角的变化及其出口处的动量，得到的稳态液动力误差较大，且方向始终指向阀口打开的方向。
喷嘴结构及射流运动参数对液体空化流动状态有重要影响。基于空化泡溃灭的雾化机理和自激振荡脉冲喷嘴出口流道空化过程，分析空化效应对自激振荡脉冲射流雾化效果的影响。依据自激振荡脉冲雾化喷嘴结构，分析射流来流速度和脉动压力对喷嘴出口流道空化效应的影响，提出利用来流雷诺数和脉动特征值表征喷嘴出口流道空化程度，并根据自激振荡脉冲喷嘴有限元分析得到喷嘴出口流道较好空化状态的来流雷诺数和喷嘴腔室长径比。研究结果表明：当来流雷诺数在2.14×105~3.05×105内逐渐增大时，自激振荡脉冲雾化喷嘴出口流道液相体积分数先减小后增大，相应的空化程度先增大后减小。雷诺数在2.44×105~2.75×105内可以使喷嘴出口流道形成较好空化效应，尤其在2.44×105附近时喷嘴出口流道出现最好的空化状态;脉动特征值与喷嘴出口流道处脉动压力幅值差成正比，随着自激振荡脉冲雾化喷嘴腔室长径比增大，脉动压力幅值差值先减小后增大。当喷嘴腔室长径比为0.60~0.70时，喷嘴出口流道空化状态较好。计算结果为自激振荡脉冲射流雾化喷嘴设计提供了理论依据。
为揭示薄壁锥套在运行过程中产生损伤的运行力学机理，提高其运行可靠性，提出一种用于解决具有宏微观跨尺度问题和大规模非线性接触问题的流固耦合方法。通过对薄壁锥套和轧辊所形成的固体域进行三维静电多极离散，采用改进后的Krylov子空间广义极小残值法(GMRES(m))对其进行优化迭代。其中，弹性摩擦接触域进行点面接触非线性数学规划，耦合界面处采用非匹配网格数，并对微米级油膜进行弹性润滑解析和无厚度处理，同时引入Lagrange族内插函数，建立薄壁锥套在宏微观跨尺度下的运行力学模型。通过薄壁锥套运行力学机理试验，验证计算方法在揭示薄壁锥套运行力学行为的正确性。结果表明，薄壁锥套在运行过程中的油膜力场和接触应力场呈三维动态非均匀分布，在复杂交变力场作用下，位于薄壁锥套两端密封槽处的应力奇异性是造成其发生粘结、断裂等破坏的力学原因。在设计阶段必须考虑轧制工况状态，通过设计合适的过盈量和锥套厚度来减小疲劳损伤，提高可靠性。
