超声导波结构健康监测(Structural health monitoring， SHM)在大规模板和管结构的缺陷诊断中是一个极具吸引力的检测技术。不同研究者均证实环境和操作条件变化，特别是温度和外加载荷变化会掩盖由缺陷引起的信号变化从而限制SHM系统的性能。分别就环境变化中温度和外加载荷对SHM系统中超声导波传播机理的影响进行综述：环境温度的变化会引起样本热膨胀系数和弹性模量的改变，进而影响超声导波在结构中的传播，且相比于超声纵向导波，横波对温度的敏感度较低;外加载荷对导波传播的影响主要体现在时移、幅值及相位的变化上。针对温度变化对导波结构健康监测造成的影响，详细阐述温度补偿法的研究进展，为更好地辨识由缺陷引起的变化和由周围环境引起的良性变化奠定理论基础，为后续超声导波SHM的研究指明方向。
针对传统定位系统存在的结构复杂、实时性低、需要建立训练集等问题，提出利用光纤Bragg光栅结合直角应变花结构的方法对冲击源进行定位。在平面应变下，建立横向效应补偿因子模型和应变解耦模型，证明了光纤布拉格光栅(Fiber Bragg grating，FBG)直角应变花结构用于定位时不受横向效应的影响。同时针对四边简支薄板结构，提出一种判定冲击载荷大小的新方法。通过不同位置两组FBG应变花分别测得的主应变方向，其交点来确定冲击源坐标;通过FBG传感器测得的轴向应变经横向效应补偿，并结合四边简支板扰度曲线和定位坐标，来对冲击载荷大小进行测量。试验表明其定位精度达到2.9 cm以内，定位实时性1 ms左右，冲击载荷大小判定误差在3 N以内。为冲击平台载荷检测提供了一种实用可行的方法。
面向航空航天领域对重载大吨位多维测力传感器的急需，通过引入冗余测力分支，提出一种适用于重载测力场合的新型过约束正交并联六维力传感器结构，在提高传感器结构刚度和承载能力的同时有效抑制了关节摩擦对多维力传感器测量精度的影响。基于螺旋理论，推导得到了该并联传感器一阶静力影响系数矩阵，建立理想状态下该新型过约束正交并联六维力传感器测量数学模型。考虑各测量分支的初始预紧力与刚度，基于传感器静力平衡方程与补充建立的位移协调方程，推导建立考虑初始预紧力与分支刚度因素下该新型过约束正交并联六维力传感器测量数学模型。在此基础上，设计并研制该新型过约束正交并联六维力传感器样机，搭建传感器加载标定与信号采集及处理试验系统，对新型过约束正交并联六维力传感器进行了加载标定试验。根据试验结果计算了传感器测量误差矩阵，分析得到了传感器测量精度，从而为重载过约束并联六维力传感器的开发与应用提供了参考。
针对弹性各向异性粗晶材料晶粒结构和取向定量描述困难，导致超声检测仿真结果与试验符合程度较差的问题，提出基于电子背散射衍射(Electron back-scatter diffraction，EBSD)技术确定晶粒形态及晶体取向的建模思路。利用EBSD技术实测得到了尺寸为96 mm×12 mm的离心铸造奥氏体不锈钢(Centrifugally cast austenitic stainless steel，CCASS)轴-径向截面的晶体取向图谱，选择15°取向相(差)角定义EBSD图谱的晶粒结构，并对晶体取向进行归一化处理。在此基础上借助Bond变换法赋以晶粒在对应晶体取向下的刚度矩阵，对模型中晶粒的弹性特征进行量化表征，建立CCASS超声检测模型。采用时域有限差分法进行数值计算，结果表明：利用该方法能够较好地重现CCASS超声检测特有的结构噪声和主频降低等现象，为揭示超声波在弹性各向异性粗晶结构中的散射机理提供了解决思路。
针对钨极惰性气体保护(Tungsten inert gas，TIG)焊熔池表面流动行为，在确定TIG焊熔池表面可采用粒子示踪的方法来进行其表面流动行为示踪的基础上，在以激光为试验背光光源，通过激光在TIG焊熔池表面镜面反射后，使得熔池及示踪粒子清晰成像于成像屏上。在此基础上，开展对304不锈钢和Q235普通碳钢的熔池表面流动行为的试验研究，对所获得这两种材料的TIG焊熔池试验数据进行处理与对比分析，探究熔池表面流动规律。研究结果表明：在TIG焊过程中，其焊接熔池存在两种运动模式，在304不锈钢焊接过程中熔池表面的液态金属由边缘向熔池中心流动;在Q235碳钢焊接过程中熔池表面的液态金属不定向、不规则地由熔池中心向熔池边缘流动，并测量304不锈钢TIG焊过程中熔池表面的液态金属流动速率为12 mm/s左右，Q235碳钢的熔池表面的流动速率为15 mm/s左右。
采用拉伸测试、电导率测量，X射线衍射(X-ray diffraction， XRD)分析以及点阵常数测量等方法对喷射成形7075铝合金回归过程中的拉伸性能、导电性能以及溶质元素与强化析出相的析出程度和演变过程进行研究。结果表明，在回归再时效处理过程中，采用合适的回归温度与时间，可有效改善合金的力学和导电性能。经120 ℃预时效16 h后的喷射成形7075铝合金，通过200 ℃高温回归8 min及再时效处理，其抗拉强度、屈服强度、伸长率和电导率分别为791 MPa、736 MPa、8.5%和22.6 MS/m，合金综合性能良好。通过XRD分析及α-Al基体晶格常数的精确测量，能更好地表征溶质元素与析出相的回溶和析出，以及回归与再时效后析出相的回溶和析出程度，指导7075合金回归处理制度的优化和选择。
采用频率为2.45 GHz的微波对Mn-Zn铁氧体粉末压坯进行加热，详细探讨微波加热过程微波场与电介质作用的微观机制以及软磁铁氧体在微波场中的电、磁损耗机理;探讨Mn-Zn氧体粉末压坯在微波场中加热的特点以及微波场E、磁导率μi、介电常数εr等对微波加热温度的影响。Mn-Zn铁氧体是磁性混合介质，在微波场中被加热的根本原因是Mn-Zn铁氧体粉末压坯在微波场作用下，微波电磁能以损耗的方式转化为热能对材料进行加热，这种损耗主要是介电损耗、磁损耗;影响损耗的主要电场因素包括微波电磁场的强度和频率，在特定频率(2.45 GHz)的微波场中，微波功率是Mn-Zn铁氧体加热烧结温度的主要影响因素，功率改变，加热烧结曲线随着变化;影响损耗的材料因素主要是磁导率μi、介电常数εr，两者随温度、频率变化。
辊式矫直工艺和辊式矫圆工艺均通过往复弯曲方式达到统一曲率的目的，辊式矫形过程中的往复弯曲变形规律是确定矫形工艺参数的理论依据。针对往复弯曲变形过程，建立一套符号系统，将弯曲曲率和弯矩矢量化。基于小曲率平面弯曲弹复方程和应变叠加原理，引入初始当量应变和当量应变的概念，采用图解法对往复弯曲弹复过程进行分析，在考虑稳定金属材料往复弯曲过程中的形变硬化、Baushinger效应和循环软化，分三种情形证明往复弯曲可以湮灭初始曲率的差异，最终使曲率统一到同一方向、同一数值，提出往复弯曲统一曲率定理。进而，设计模压往复弯曲试验装置，选用不同初始形状、不同材料的板坯进行往复弯曲试验，讨论残余曲率半径和拟合圆弧偏差随弯曲次数的变化规律，验证往复弯曲统一曲率定理的正确性，为辊式矫直和辊式矫圆工艺方案和控制策略的制定奠定了理论基础。
高压环境会造成焊接电弧收缩，焊接过程较不稳定。鉴于脉冲熔化极气体保护焊(Pulsed gas metal arc welding，GMAW-P)具有热输入量可控、电弧挺度较好等特点，将其应用于高压环境下是一个有益尝试。开展压力在0.1~1.0 MPa范围内不同极性下的干法GMAW-P试验，分析随着环境压力升高电流电压波形图的变化趋势，由此确定焊接极性不同时焊接过程稳定性随环境压力升高的变化规律;在此基础上，对比分析不同极性下GMAW-P焊接飞溅及焊缝成形随压力升高的变化规律。随着环境压力增加，在直流反接情况下，电流电压波形周期性逐渐减弱，焊接过程趋于不稳定，飞溅逐渐增多，焊缝成形变差;而采用直流正接方式时，高压下电流电压波形的周期性虽然不及常压下稳定，但相较于同一压力下的直流反接方式，周期规律性有所增强，焊接过程相对稳定，且焊接时产生的飞溅比采用直流反接方式时的飞溅少且颗粒小。另外，随环境压力增加，两种极性GMAW-P焊缝宽度均有变窄的趋势，余高也随之增加。对高压环境下不同焊接极性GMAW-P的电弧形态及相应电弧力进行深入探讨，明确了上述现象出现的原因，为高压环境下焊接工艺的改进提供有效的理论依据。
目前，铜键合丝广泛用于集成电路、电子封装等领域，但是铜丝在制造和键合的过程中受到的局部应力和摆动，会不可避免地产生疲劳问题。通过一套以自激振动为原理组装的微结构疲劳试验装置，对不同直径的微米级铜键合丝进行对称弯曲疲劳性能测试。试验结果表明：该试验装置能够成功地对微米级铜丝进行对称弯曲疲劳性能试验;无论是屈服强度、抗拉强度还是弹性模量，直径20 μm的铜丝均高于直径30 μm、40 μm的铜丝，表现出明显的尺寸效应;所有铜丝的疲劳寿命集中在4.5×104~1×107;在相同应力条件下，铜丝的疲劳寿命随着铜丝直径的增加而减小;直径20 μm、30 μm、40 μm的铜丝对应的疲劳强度(N=106)分别为147 MPa、97 MPa、70 MPa。从扫描电子显微镜的断口分析结果可以看出拉伸断口为凿峰状，断口周围表面出现许多相间的条状拉拔痕迹;疲劳断口为平齐正断，两条裂纹起源于试样表面，瞬断区为窄条状。
针对电热致动器在交流电作用下承受交变温度载荷而发生热疲劳失效的现象，分析热疲劳失效机理。建立电热致动器的瞬态温度分析模型和力学模型，实测致动位移，实测位移与理论计算、有限元仿真结果一致。温度和应力计算表明，结构形式和施加的电压直接影响致动器的温度分布和应力大小，因最大应力小于屈服强度极限而不会发生应力引起的疲劳失效。测试交流电作用下致动位移和循环次数的关系，试验结果和理论计算表明，温度低于脆性-韧性转换温度，电热致动器不发生热疲劳失效，否则在长期循环后会发生热疲劳失效。300~600 ℃的温度对电热致动器的工作最有利，在此温度范围内能够精确稳定地提供数千万次的致动循环。根据失效现象，分析热疲劳失效机理，得出高温变形是引发热疲劳失效的直接原因，交流电压的幅值和频率对热疲劳的作用都能统一到温度上。
采用弹塑性弯曲理论与应力线性叠加原则对塑性强化材料连续弹塑性弯曲过程力学行为进行分析，考虑应力传递效应对矫直过程的影响，建立七辊辊式矫直机连续弹塑性弯曲矫直过程力学模型。通过对比试验结果及理论计算值，两者偏差平均值在8%以内，验证了理论分析方法的正确性。利用该模型，对不同的矫直策略进行分析。结果表明，大变形矫直策略残余应力与残余曲率控制能力均强于小变形矫直策略;由于应力传递效应对矫直过程的影响，使得小变形矫直策略随矫直过程的深入，残余曲率并未向零点逐步收敛，而是在一定范围内波动;大变形矫直策略由于采用了逐步矫直的工艺设定思想，使其可以达到矫直的目的。这些分析结果为工业生产中矫直策略的选取提供了理论依据。
通过对Ag-4Pd键合合金线冷加工和热处理过程中的微观组织与性能进行研究，分析了冷变形加工率和热处理温度对Ag-4Pd键合合金线力学性能、组织结构和熔断电流的影响。研究结果表明：Ag-4Pd键合合金线随冷加工率增长，强度增加，伸长率降低，滑移和孪生变形为主要形变类型;随着热处理温度的增加，?0.050 mm Ag-4Pd键合合金线拉断力下降，伸长率增加，525 ℃热处理时，Ag-4Pd键合合金线具有优秀的力学性能;进一步增加热处理温度，Ag-4Pd键合合金线出现孪晶组织，且孪生形核及亚晶吞并长大形核为主要形核方式;热处理过程中施加在线材上的拉紧力过大，导致Ag-4Pd键合合金线表面呈凹凸不平的微小竹节状;经试验数据拟合，Ag-4Pd键合合金线电阻值随热处理温度升高而降低，其熔断电流与熔断时间之间存在指数函数关系，Ag-4Pd键合合金线熔断电流与弧长之间存多项式函数关系。
纵向坡度信息是汽车底盘及传动电控系统中的常用参量，其识别精确度及平滑度直接影响控制策略实施的准确性及驾乘舒适性，然而纵向坡度识别的难点在于：车辆高频动态特性及行驶工况复杂性直接影响加速度传感器的信号质量，由此也降低了直接使用该信息估算坡度值的精确度，而基于复杂非线性模型的观测方法则难以实时运算。同时一种识别方法若要扩展应用到多个电控系统中，也要求尽可能采用基本相同的变量作为输入。采用加速度坡度法与汽车动力学坡度法相融合的方式，根据其各自高精确度范围，先计算置信因子，得出坡度原始值，再利用广义迟滞滤波方法进行平滑处理，得到精确、平稳的坡度值。通过实车试验，验证了坡度识别算法的有效性。该方法具有运算量小、成本低、易实现的特点，可应用在多种实时电控系统中。
针对双离合器自动变速器(Dual clutch transmission，DCT)变速弱混合动力轿车，考虑到起动发电一体化电机(Integrated starter and generator，ISG)转矩响应特性较快、转速/转矩控制精度高等特点，对其介入到换档过程时不同动力源输出转矩和离合器传递转矩协调鲁棒控制问题进行研究。建立体现DCT换档切换过程阶段差异性的动力学模型;考虑转矩相的离合器执行机构的响应能力和惯性相的模型不确定性和外界干扰(转速量测噪声和发动机转矩响应滞后)，优化决策了动力源合成转矩;在需求转矩切换阶段，切换发动机转矩至驾驶员需求水平并退出ISG电机;基于系统效率最优对动力源合成转矩进行分配。基于Simulink的仿真试验表明所提出的换档控制策略能有效协调控制动力源转矩，并对模型不确定性和干扰有较强的抑制能力。为进一步验证策略进行的动态台架试验表明，所设计的转矩协调控制策略有效地解决了DCT换档过程中ISG电机、发动机以及双离合器之间的实时转矩协调控制问题，使其具有较好的换档品质。
为解决驾驶员辅助系统在前车跟随控制中车距与车速误差不易同步收敛的问题，建立考虑主车对期望加速度动态响应的主车与前车运动模型，以对前车跟随控制提供模型参考。基于主车实际运动与理想前车跟随行驶间的偏差建立前车跟随误差模型，并用线性二次型调节器求解最优期望加速度控制序列，以作为前车跟随控制中主车运动参数控制的输出。为考虑在实车控制中车辆及环境参数发生变化的可能，在前车跟随误差模型中引入车距与车速误差累积项以使线性二次型调节器具有积分控制功能，以在实际车辆与理想模型发生偏差时仍可进行有效控制。仿真对比及实车试验证明，基于运动模型的前车跟随控制可使主车车距与车速误差同步收敛并有效减少主车达到稳态前车跟随行驶的时间，同时易于在实车控制中展开 应用。
提出包含车下设备的高速动车组整备状态车体模态频率数值计算方法，并通过有限元分析及模态试验，验证该方法的准确性。理论研究车下设备对车体振动传递特性的影响，定义车体的名义垂向一阶弯曲模态频率，并结合数值计算、振动传递分析与模态试验分析，分析车下设备悬挂参数对车体模态频率的影响机理。研究表明，采用弹性吊挂的车下设备将与车体形成耦合振动系统，且耦合振动系统在原车体垂向一阶弯曲模态频率附近产生一个新的低频振动分量和一个新的高频振动分量;低频振动振型为车下设备垂向振动与车体垂向一阶弯曲振动同相，高频振动振型为二者反相振动;随着车下设备悬挂刚度的变化，车体的名义垂向一阶弯曲频率将会发生“频率跳变”现象。
疲劳寿命决定了正常工况下工程结构服役期限的长度，对其进行准确预测对于零部件疲劳强度设计至关重要。由于机械零部件在工作期间经常会受到随机变幅载荷的作用，载荷间相互作用效应现象十分显著，导致单次循环载荷对材料所造成的疲劳损伤量发生变化，若忽略该效应会影响疲劳寿命估算的准确性。针对当前研究中的疲劳损伤累积法则无法考虑该效应的问题，提出一种将非齐次泊松随机过程函数与伴随损伤理论相结合来估算零部件疲劳寿命的方法，解决了由于载荷间相互作用效应所带来的载荷作用顺序的问题，并以随机加载试验为例验证了该方法的准确性。将其应用于风力发电机叶片的疲劳寿命估算过程中，结果表明该方法可靠、有效，为风力机叶片的疲劳可靠性设计提供了新的路径。
通过由外至内逐步建立控制参数，实现了基于叶型的气冷涡轮叶片参数化设计，在快速更新结构特征，生成实体模型的基础上，创建了复合冷却系统。不同的通流单元以串并联方式模化成为复杂的网络拓扑结构。应用一维流动理论，编写管网程序计算沿流路的流量、换热量、压力损失、温度等参数。内部单元的这些参数作为耦合计算的内边界条件，通过插值传递至外流场计算程序HIT-3D，实现全流域流热耦合分析计算。参考引用文献里的算例，对管网计算程序和耦合算法的有效性进行验证后，在改型设计计算基础上，借助iSIGHT-FD，建立优化平台。通过MIGA寻优机制，达到了提高冷却效率的目标，有效地降低了热负荷。该研究工作对于快速展开冷却结构设计具有一定的指导意义。
提出一种燃气轮机与富氧燃烧耦合的动力系统，该系统利用烟气排烟余热和锅炉内设高温受热面加热压缩空气，使其推动燃气轮机涡轮做功，用燃气轮机的压气机替代空分系统的压缩机，实现空分系统和动力系统耦合，同时燃气轮机也是烟气CO2压缩机的原动机。对新系统进行热力学与经济性分析，对应计算系统净供电效率和供电成本。结果显示当工质在锅炉高温受热面中的吸热量占燃气轮机热耗的比β为0.8、燃气轮机效率ηgt为0.32时，新型耦合系统净效率可比常规富氧燃烧系统增加4.2%，供电成本降低0.044 元/(kW·h)。
为研究流场中离心叶轮受气流激振的瞬态响应问题，利用叶盘结构的循环对称性编制计算程序，实现了使用单扇区模型计算非循环对称力作用下离心叶轮的受迫振动。应用时间倾斜方法计算非等栅距情况下导叶/叶轮干涉的非定常流场，将叶片表面的气动力数据由流体网格插值到结构网格。使用FEAST求解器计算基本扇区各节径下的振型数据，并将其由基本扇区展开至所有扇区，根据各扇区所受周期激励的时间差建立载荷矢量，结构动力方程的时域积分使用Newmark方法完成。以一半开式径向叶轮为例，进行了两种转速下叶盘结构的瞬态响应分析。单扇区模型与整体模型计算的位移响应结果符合较好，两个潜在共振点附近激振频率的振动响应均呈现出近于发散变化的趋势，表明了算法的正确性和预测气流激励导致共振的有效性。
为探讨循环射流混合槽(Circulating jet tank， CJT)内瞬态压力脉动的复杂性特性，采用动态数据采集系统对射流混合区内不同轴向、径向和周向位置的压力脉动信号(Pressure fluctuation signal，PFS)进行测量。根据PFS的标准差、峰度和偏度分布，优化PFS序列最佳样本数i=110 000。基于有限统计复杂性，比较综合法、动态法和静态法等三种时间序列符号化方法，得出综合法比动态法和静态法的适应性强，并确定最佳小波分解尺度。对CJT内各尺度的PFS进行有限统计复杂性和复杂度分析，发现CJT内PFS的两种复杂性分布趋势相似。通过对PFS多尺度分析发现：随着分解尺度的增加，复杂度先急剧衰减后趋于平稳，表明CJT内PFS随机性减弱周期性增强;PFS分解得到0~0.98 Hz低频A10尺度概貌信号的复杂度趋于0，揭示CJT内动力系统为整体稳定、局部不稳定的多尺度结构。
能够根据工作环境改变翼面形状的自适应变形能力是未来航空、航天飞行器结构设计追求的重要目标。研究驱动器布局方式以及控制参数的设计技术是实现该目标的关键。以压电纤维复合薄膜(Macro fiber composites， MFC)作为驱动器，研究在一定数量的MFC驱动器条件下，通过驱动器布局与控制参数的协同设计，以实现类翼面平板结构具有理想形状的最优控制设计方法。以驱动器的铺设位置、铺设角度、层数、对称性以及控制电压为设计变量，以驱动器的击穿电压、铺设位置限制等为约束，建立多参数下的协同优化设计模型。数值算例以类机翼平板的弯曲、扭转、弯扭型面作为理想型面，以实际型面与理想型面在81个参考点位置的均方差为评价指标，设计获得弯曲、扭转和弯扭组合型面的均方差分别为9.977×10-5、4.394×10-4和5.308×10-4，实现了较高的变形控制精度。研究了驱动器数量对变形精度的影响，制作了具有6个驱动器的类翼面平板结构测试平台，仿真与试验结果高度吻合，从而验证了所提出的驱动器布局与控制电压协同优化设计模型的有效性和可行性。
对某离心泵作透平流体诱发的内场噪声特性进行数值计算和试验研究。在典型流量下，采用雷诺时均方法获取壳体壁面偶极子声源，并利用边界元方法(Boundary element method， BEM)求解出壳体偶极子源作用的流动噪声，基于有限元结合边界元的声振耦合法(Finite element method/boundary element method， FEM/BEM)计算出流体激励结构振动产生的内场流激噪声及考虑结构振动的流动噪声，分析不同性质噪声源的频谱特性，同时评估内场声源在各个频段下的贡献量。借助水听器对透平出口进行流体声学试验，获得了噪声的频谱特性。结果表明，离心泵作透平出口流体诱发噪声主要集中在中低频段，小流量工况低频噪声特性增强。壳体声源作用下考虑结构振动流动噪声的计算结果与试验结果在较大流量下吻合较好。壳体偶极子作用的流动噪声对内场噪声的贡献最大，其次是考虑结构振动的流动噪声，流激噪声对内场噪声贡献最小。结构的影响使得二阶叶频处声压增加，其余离散频率及宽频处声压均有所降低。该研究结果为低噪声叶轮机械设计提供了一定的参考。
针对现有技术采用压差补偿器或插装式流量传感器控制流量，会降低阀的通流能力，增加系统的功率损失和发热;大流量场合只能通过阀开口面积间接控制流量，受负载变化影响控制精度低;低工作压力范围可控性差、动态响应慢;大通径采用三级结构，构造复杂等问题，提出用小功率伺服电动机驱动小排量液压泵/马达(有源)、结合液压晶体管(Valvistor)，构造新的低能耗、高可控的电液比例流量阀。该方法可扩大阀的流量控制范围，提高阀在低压时的动态响应。建立阀的静态数学模型，分析获得影响阀负载流量特性最主要的因素是反馈节流槽预开口量大小;进一步建立阀的动态数学模型，获得主阀芯稳定条件。根据阀的结构组成，建立阀的仿真模型，仿真分析主阀各参数对主阀性能的影响。结果表明，反馈节流槽预开口量越小，主阀负载流量特性越好;主阀口压降越大，主阀芯响应越快;但由动态数学模型可知主阀口压降太大且先导流量较小时，阀的稳定性也会降低。研究也表明，在保证主阀良好的动态特性前提下，可通过使先导泵/马达转速随负载压力变化，实现对阀的流量补偿，从而改善阀的负载流量特性。
针对以最大完工时间、生产成本和生产质量为目标的柔性作业车间调度问题，在研究和分析蝙蝠算法的基础上，提出一种混合离散蝙蝠算法。为了提高求解多目标柔性作业车间调度问题的混合离散蝙蝠算法的初始种群质量，在通过分析初始选择的机器与每道工序调度完工时间两者关系的基础上，提出一种优先指派规则策略产生初始种群，提高了算法的全局搜索能力。同时采用位置变异策略来使得算法在较短的时间内尽可能多地搜索到最优位置，有效地避免了算法早熟收敛。在计算问题的目标值上面，首次提出时钟算法。针对具体实例进行测试，试验数据表明，该算法在求解柔性作业车间调度问题上有很好的性能，是一种有效的调度算法，从而为解决这类问题提供了新的途径和方法。
