轻量化作为汽车节能减排的重要手段，得到世界各国的高度重视。综合考虑成本、性能及轻量化效果，采用多材料混合车身设计成为未来最为重要的车身轻量化手段。然而，异质材料物理属性差异大，采用传统电阻点焊技术难以实现可靠连接，使得轻量化多材料混合车身的装配面临巨大挑战。通过对比分析典型异质材料之间的物理属性差异，提出异质材料连接必须面临和解决的三大科学挑战，即界面硬脆相问题、电化学腐蚀问题以及变形和应力问题。在此基础上，对机械连接、熔钎焊、固相焊、胶接等四类异质材料连接工艺的研究进展、优缺点、应用现状以及发展趋势等进行综合分析和评价，旨在为多材料汽车车身的设计与制造提供借鉴。
铝合金/钢复合结构以具有重量轻、综合性能高等优势在汽车、航空航天、石油石化、电力、船舶等行业具有广泛的应用前景。但二者之间巨大的理化性能差异，使铝合金/钢板异种金属的焊接仍然存在诸多问题。熔钎焊接工艺是基于母材之间存在的熔点差异，通过精确控制焊接热输入，在确保高熔点母材不熔化的前提下，让低熔点母材和填充金属熔化形成熔焊接头，并与未熔化的高熔点母材形成钎焊连接接头，是适合铝合金/钢复合结构优质高效制备的合适焊接工艺。通过对国内外对铝合金/钢熔钎焊接工艺、接头组织性能调控等方面研究现状的综合评述，讨论了铝合金/钢熔钎焊接技术存在的问题，并对铝合金/钢熔钎焊接技术工程化应用所采取的措施进行阐述。
研究6061-T6铝合金-SUS301L不锈钢异种金属电阻点焊接头的微观组织特点及电极形状的影响规律。结果表明，铝-钢点焊接头具有熔-钎焊特征，铝合金熔核由α-Al胞状晶、胞状树枝晶和树枝晶组成，铝/钢界面层具有双层结构，靠近铝熔核侧主要为细针状Fe4Al13，靠近不锈钢侧主要为Fe2Al5金属间化合物，接头主要为界面断裂模式，铝/钢界面是点焊接头最薄弱的区域。电极形状对铝合金-不锈钢点焊接头具有明显的影响。获得的优化电极形状为：不锈钢侧为圆形平面电极，电极端面直径为10 mm;铝合金侧为球面电极，球面半径为35 mm。在优化电极条件下，铝合金-不锈钢点焊接头的熔核直径、拉剪力及压痕率分别为7.5 mm、4.7 kN和13.5%。与采用F型电极相比，其熔核直径和拉剪力分别提高53.1%和56.7%，压痕率降低47.3%。因此，采用优化电极更有利于改善铝合金-不锈钢电阻点焊接头的力学性能及表面质量。
应用X65、Q235C、Q345C和316L塞棒与X65母材塞孔配合对异种钢水下摩擦柱/锥塞焊过程进行试验研究，探讨塞焊缝区微观组织、显微硬度及力学性能变化规律。试验表明：在转速7 000 r/min、塞棒消耗量14 mm、焊接压力分别为30~50 kN和20~40 kN范围内，用X65和Q345C塞棒可获得无缺陷异种钢水下摩擦柱/锥塞焊接头。异种钢塞焊缝组织均与原始组织有明显差异，塞焊缝区域主要为贝氏体或马氏体或其混合组织特征;X65和Q345C塞棒均形成有效扩散冶金连接，结合界面处具有带状细小铁素体组织特征;316L塞棒与X65塞孔很难形成无缺陷摩擦柱/锥塞焊接头。异种钢塞焊缝区硬度普遍高于其母材，这种高匹配摩擦柱/锥塞焊缝接头有利于抗拉强度的提高，但塞焊缝附近的高硬化倾向将降低异种钢塞焊接头的塑性。研究结果为开发基于等静压摩擦柱/锥塞焊接技术的海底管线修复技术提供重要试验依据。
以镍铝青铜焊丝为填充材料，对AZ31B镁合金/镀锌钢板进行冷金属过渡点塞焊试验研究，分析镁板上孔直径对镁钢点塞焊接头力学性能的影响.并通过分析焊接接头微观组织及其元素分布状况来研究其连接机理。研究结果表明：使用镍铝青铜焊丝能够得到焊缝美观的镁/镀锌钢异种金属的连接接头。镁/钢板焊接接头的焊缝主要由α-Cu和CuAl2组成，熔合区由镁的固溶体α-Mg以及Al2Cu3Mg2和Mg2Cu混合的金属间化合物组成。镁板上孔的直径对镁钢接头性能有很大的影响。随着镁板孔径的增大，镁钢点塞焊接头的最大抗拉载荷先增大后减小，且当镁板孔径为5 mm时接头的最大抗拉载荷达到最大为3.4 kN。焊缝金属和镁母材的连接处即熔合区存在大量脆性金属间化合物，使得镁/钢接头整体力学性能较差。
研究铝镁异种合金的连接可拓宽轻量化结构的应用领域，具有重要的学术意义和工程实用价值。进行常规搅拌摩擦焊(Friction stir welding， FSW)和超声振动辅助搅拌摩擦焊(Ultrasonic vibration enhanced friction stir welding， UVeFSW)的对比试验，并对结果进行分析。试验结果表明超声的施加可以拓宽工艺参数窗口，改善焊缝表面的成形，减少缺陷，优化界面结构，细化均化晶粒，提高接头的力学性能。进行载荷测试后发现，超声的加入可以降低焊接所需载荷，这有利于降低设备体积。而温度场的测试则说明，超声波对于焊件有预热作用。
利用直流脉冲MIG焊接技术，进行6061变形铝合金与A356铸造铝合金板材的搭接焊接，并分析接头的力学性能、微观组织及元素分布。拉伸试验结果表明，当A356铸造铝合金板在上，6061变形铝合金板在下，焊枪行走速度为10 mm/s时，搭接接头抗拉强度最高，为95 MPa。接头拉伸试样的断裂位置都位于焊缝区，断裂形式主要为混合型断裂。微观组织及元素分析结果表明，在A356铝合金一侧的部分熔融区内发生Fe和Mg元素偏聚，形成了片状Al-Fe-Si相和颗粒状Al-Fe-Mg-Si相，这两种富Fe相会削弱接头性能。在6061铝合金一侧的部分熔融区内产生了晶界液化，形成了Al-Mg-Si-Cu相+Al固溶体贫化区的液化组织，且该相周围有Fe元素偏聚。三角区是接头中最薄弱的位置，接头拉伸试样均起裂于此并最终断裂于焊缝。
板型波导结构中的缺陷对Lamb波的传播会产生干扰，接收信号受干扰程度与缺陷和激励、接收传感器路径间的相对距离有关。提出一种基于Lamb波传播路径分析的多频率数据融合缺陷检测方法，对复合材料板中缺陷区域进行成像。采用压电传感器进行Chirp信号激励，由Chirp激励响应计算出具有不同中心频率的Tone burst信号，为成像算法提供多频率缺陷信息。对各信号中首次抵达波的包络峰值进行分析，确定缺陷所在位置同激励接收路径间的关系。选择同缺陷所在路径具有相近Lamb波传播速度的路径作为关注路径，结合椭圆成像算法和该路径中的缺陷散射信号信息计算出缺陷所在的椭圆轨迹。引入椭圆轨迹计算误差容限，对计算得到的不同频率下的椭圆轨迹进行筛选，将筛选后的椭圆轨迹进行融合实现缺陷区域成像。通过对复合材料板中缺陷区域的试验检测，验证了所提算法的可行性。
生物地理学优化算法(Biogeography-base optimization， BBO)是一种新型的智能算法，因其参数少、易于实现等优点而受到学界的广泛关注和研究，并显示出了广阔的应用前景。为了提高算法的优化性能，对BBO算法提出一种改进。改进的算法在将差分优化算法(Differential evolution， DE)中的局部搜索策略同BBO算法中的迁移策略相结合的基础上，针对迁移算子和变异算子分别做出改进，并通过基准函数的测试证明了改进后的算法在迭代过程中种群进化、寻优能力以及算法的收敛性能得到进一步提升。尝试将改进了的生物地理学优化算法应用于圆柱度误差评定。依据国家标准，结合最小区域法，以圆柱度误差数学模型为目标函数，该算法实现了误差评定优化求解。通过该寻优结果与其他方法的评定结果的比较，验证了该种算法的可行性和正确性及其优越性。
电磁谐振疲劳裂纹扩展试验系统是一种工作在谐振状态下测试金属材料断裂特性的试验装置，要求在裂纹扩展过程中精确跟踪系统的固有频率和控制试验载荷，为达到这一目的，需要对裂纹扩展过程中系统的动态特性进行精确的分析。据此，建立3自由度有阻尼电磁谐振疲劳试验振动系统的数学模型，采用ANSYS有限元法计算CT紧凑拉伸试件的刚度，研究不同材料试件刚度、系统固有频率，试验载荷幅频曲线、共振振幅在裂纹扩展过程中的变化规律，并进行相关试验，试验结果表明：系统固有频率计算值与试验测量值之间的最大偏差为1.9 Hz;系统动态特性仿真结果与试验结果能够较好地吻合。该研究结果为电磁谐振式疲劳试验载荷的高精度控制提供了理论依据。
提出多载荷时间历程的外推方法，给出车下设备承载结构疲劳试验载荷谱编制方法。基于载荷时间历程的雨流计数矩阵，利用二维核密度估计方法(Kernel density estimation， KDE)，提出在多载荷时间历程输入条件下的外推方法;应用平均应力修正公式、累积损伤理论和等效损伤准则，根据外推载荷数据，给出疲劳试验程序谱的编制方法;结合动车组车下设备线路测试数据对外推方法进行验证，编制了车下设备承载结构疲劳试验程序谱，并分别使用疲劳试验程序谱和振动测试数据对承载结构进行疲劳强度计算。数据外推结果表明：多载荷时间历程外推方法计算的损伤与实际载荷损伤误差为3.6%，大的扩展倍数下KDE可以给出低周、大幅值载荷;疲劳强度计算结果表明：由于KDE外推产生了大幅值载荷，疲劳试验程序谱计算的损伤比振动测试数据计算的损伤增加了43.8%，所以，在进行疲劳试验载荷谱编制时，需要计算可能出现的大幅值载荷。此研究为其他结构程序载荷谱的编制提供借鉴案例。
为了充分挖掘插电式混合动力公交车(Plug-in hybrid electric bus， PHEB)的节油潜力、增强车辆对不同类型驾驶员的自适应性，在基于规则类的控制策略基础上，增加驾驶员意图识别模型。对驾驶风格及加速意图进行模糊识别，通过驾驶员在环的半实物仿真验证了识别模型，以驾驶风格和加速意图识别结果为输入，建立转矩修正系数k的模糊控制器，反模糊化输出k值，对需求转矩进行修正。用system test工具将模糊控制器生成对应的模糊查询表。仿真及试验结果表明：有驾驶员意图识别控制策略较无驾驶员意图识别控制策略更加适应PHEB的运营、用电机制且燃油经济性进一步提高了1.8%。
泡沫铝填充薄壁结构具有轻质、较大承载能力以及高效吸能特性，越来越多地应用于各种工程结构。提出一种新颖的轴向梯度泡沫填充薄壁结构，采用试验与数值分析的方法，系统地分析空管、均匀泡沫填充及梯度泡沫填充薄壁圆管在弯曲工况下的力学响应及能量吸收特性。研究发现，泡沫填充薄壁结构比空管具有更好的抗弯性能。与均匀泡沫填充结构相比，梯度泡沫不仅使得填充薄壁结构的变形模式从单褶皱模式变为多褶皱模式，截面扁化量和抗弯刚度损失显著减小，而且有效地提高了填充结构的承载力及吸能特性。为了进一步探索填充结构的最优耐撞性，结合Kriging近似技术与粒子群数值优化方法，对均匀泡沫和功能梯度填充泡沫薄壁结构进行多目标优化设计，得到了泡沫填充薄壁结构耐撞性的最佳参数匹配设计，并有效提高了结构的抗弯性能，为泡沫填充薄壁结构抗弯性设计提供了参考依据。
为了减小动车组部件的故障危害，以动车组四级修程时进行更换的部件为研究对象，通过引入故障风险因子，并结合我国动车组现行的多级非完美维护制度，建立一种考虑故障风险的动车组部件两级非完美顺序预防性维护模型。在顺序预防性维护模型的基础上，将维护方式进一步划分为初级维修和高级维修两种，通过经济性分析确定每一次维护的具体方式。对影响部件故障风险的各因素进行评分和权重，克服了以往模型仅考虑部件故障停机损失，忽视部件故障导致的其他危害的不足。以故障里程服从威布尔分布的部件进行算例分析，仿真结果表明，与不考虑故障风险制定出的预防性维护计划相比，该模型更具经济性和安全性，可为动车组部件的维护决策提供理论支持。
在中国既有线路的参数设置下，建立标准LM车轮与R60轨和R75轨配合时的轮轨接触和磨耗模型，对比研究不同轮轨配合时的磨耗性能。计算表明R75轨轮轨接触点集中分布在轨侧、轨头和轨顶三个区域，接触线不连续。在当轮对横移小于3 mm时，两种钢轨滚动圆半径差和接触角差基本一致，轮对横移大于3 mm时，R75轨的滚动圆半径差和接触角差稍小。R75轨与LM车轮配合时，在车轮踏面和轮缘、钢轨轨顶和轨角两段圆弧的过渡段的接触斑面积和应力变化剧烈。车辆在直线上运行时，R75轨的轮轨磨耗将增大数倍，动态通过800 m半径曲线时，外轨磨耗增大约45%。轮轨配合的理论分析表明R75轨不适应我国重载运输，采用提高强度的R60轨更符合我国重载铁路的实际情况。
射流冷却是高热流密度换热的有效方法之一，其热沉形状是影响换热的关键因素。提出一种新型圆锥体热沉，应用RNG k-ε湍流模型，对新型单圆锥体热沉进行单孔水冷散热数值模拟，并进行试验验证。结果表明：单圆锥体热沉的散热效果明显强于常规平板热沉，前者的射流流体域比后者多一个转折区，转折区内存在二次冲击，使换热得到强化。雷诺数越大，圆锥体热沉散热性能越优异;在不同锥角(15°~60°)的单圆锥体热沉传热模拟中，当锥角在45°左右时，热沉表面的平均努塞尔数数最高;圆锥体底面直径d1和射流孔直径d比值在1~3范围内，
数在比值为2.5左右达到最大值;射流高度H与射流孔直径d比值在5左右时，
数趋于最大。
不同强化传热方式的复合会产生不同的传热效果，通过试验将不同扭率的扭带与同一规格横纹槽管复合强化传热的效果进行对比。试验以高黏度的导热油为工质，在500<Re<7 000、50<Pr<180的参数范围内，研究复合强化管的Nu数和阻力系数f随着Re数的变化情况，通过多元线性回归得到Nu数和f的关联式，并以强化传热性能评价指标(Performance evaluation criteria，PEC)值为标准评价其综合换热性能。结果表明：相同扭率下，复合强化管的阻力系数是光管内插扭带阻力系数的2~5倍，Nu数是光管内插连续扭带的1~4倍。随着Re数的增加，扭率Y对复合强化管的Nu数值影响越来越小。层流工况下，复合强化管的综合换热性能指标PEC值随Re数的增加而增加，且与扭率Y成负相关;过渡流工况下，复合强化管的PEC值都随Re数的增加而减小，扭率Y为5.21时的复合强化管综合换热效果最好。
喷水能够提高螺杆蒸汽压缩机的压比和饱和温升，扩展蒸汽压缩机的应用范围。为研究螺杆蒸汽压缩机的喷水冷却特性，建立喷水螺杆蒸汽压缩机的数学模型，考虑喷入水与压缩蒸汽的换热蒸发及其泄漏闪蒸，并试验验证了模型的准确性。利用所建数学模型，分析与讨论压缩机压比、喷水量、喷水温度及转速对压缩机工作过程的影响。研究结果表明，喷水不仅可以降低排汽温度、使蒸汽压缩机稳定运行，还可以使压缩过程更接近等温过程;压缩机实际运行时喷入水主要集中在压缩过程后期及排汽过程蒸发;压缩机欠压缩运行时，排汽腔内蒸汽对压缩过程影响不大;若压缩蒸汽任一转角都能被冷却至饱和，则喷水温度对压缩过程及运行效率基本没有影响;为了有效控制排汽温度，喷水孔口水流量需要随压缩机转速做相应的调节。
造波机是实现造波模拟的核心基础装备。在综合分析国内外试验水池与造波技术的现状与研究进展的基础上，结合工程实际的需要，指出现有造波机在一定频率范围下振幅保持和精确控制等方面的问题，提出应用于造波机的新型液压驱动技术。新型的造波技术能更好地模拟大功率波浪，其关键技术是通过电动机带动阀芯旋转、液流高频转换使得液压缸运动换向，以实现造波频率和振幅的控制。为了更好地重现海况中的大功率波浪和更为真实模拟有关波浪与建筑物相互作用，探索基于电液转阀控制驱动的造波方法是未来大功率造波试验的重要研究方向。
为了改善减阻剂的添加对低雷诺数水流的减阻效果，在试验确认阳离子表面活性剂减阻剂十六烷基三甲基溴化胺(CTAB)减阻特性的基础上，测试氯化钠对CTAB稀薄减阻水溶液在10 mm圆管内低雷诺数水流阻力的改变特性。结果表明：添加氯化钠对表面活性剂CTAB低雷诺数水流确有明显的减阻增强作用;在较高的雷诺数范围内对减阻效果几乎没有影响;在远高于CTAB减阻起始质量分数下，氯化钠的添加才有增强低雷诺数水流减阻效果的作用。氯化钠在低雷诺数下的减阻增强效果随CTAB质量分数和本身添加质量分数的提高均加大，但在CTAB质量分数超过0.05%后，其减阻增强效果明显钝化。在雷诺数约为8 500时，添加0.6%的氯化钠于0.02%CTAB稀薄水溶液中，可使减阻效果由12%增强到26%。
中高比转速水泵水轮机泵工况下近设计点驼峰严重制约了其稳定运行范围，是制约抽水蓄能电站安全与经济运行的关键问题之一。作为流动问题的宏观表现，驼峰现象必然与水泵水轮机内部的非定常流动存在密切关系。为此，基于试验和数值模拟，对水泵水轮机泵工况下可调导叶流道内的非定常流动进行研究，探究模型机泵工况下的压力脉动特性、非定流动机理及与性能曲线稳定性之间的关系。结果表明：在设计和小于设计工况下，可调导叶流道内均存在两种显著的周期性压力脉动。模型机泵工况下的流量扬程曲线在0.45~0.75倍设计流量区间内出现驼峰，频域分析清晰地揭示了以上两种压力脉动是对该驼峰存在重要影响的流动参量。
半开式注气海水提升系统是制造人工涌升流的重要方式之一。 曝气头的离壁距离是影响半开式注气海水提升系统的重要因素。为此，专门设计由曝气头、直线导轨、绳索、活节螺丝、标尺和重物组成的试验系统，用以研究不同孔径的曝气头在不同气体流量、不同离壁距离时，不同高度下的涌升流流量。结果表明，气泡直径增大时产生的涌升流流量却有所减小;虽然曝气头的离壁距离与气泡直径的变化几乎没有影响，但还是会影响涌升流流量，因为改变曝气头的离壁距离还影响了涌升流半径纵向变化率;而对气泡驱动的涌升流流量影响最大的则是曝气头高度，在距曝气头高度为0.8~1.6 m的水域中，同一高度上涌升流流量随着离壁距离的减小而减小，并且涌升流流量的变化程度随着高度的降低也在逐渐变小，当距曝气头高度小于0.8 m时离壁距离对涌升流流量几乎没有影响，而当距曝气头高度超过1.6 m时离壁距离影响很大。综合考虑曝气头高度和离壁距离的影响，对理论公式进行适当修正后发现，与试验结果符合得很好，为人工涌升流系统的设计提供参考。
为快速、准确地响应加工中心用户的可用性需求，需要准确评估加工中心各组件对用户可用性需求的满足程度，从而有针对性地构建可用性保障机制。针对加工中心产品的用户可用性需求的特点，以及加工中心各组件间自相关关系，引入质量功能展开理论(Quality function deployment，QFD)，建立可用性功能展开屋模型(Dynamic availability of the house，DHOA)。由于用户需求与加工中心各组件间的相关系数具有不确定性、呈区间数值的特点，采用区间灰关联分析与可用性功能展开融合方法，求解可用性功能展开模型的输出项，确定各组件对可用性需求重要度。以国产某型号加工中心为实例，验证该模型的合理性与有效性。
新一代产品几何技术规范将测量不确定度的概念拓展至符合性不确定度，但并未给出相对应的评定方法。为全面估计产品检验中测量结果与产品规范所有可能的差异，基于新一代产品几何技术规范，研究产品检验符合性不确定度评定。基于产品几何技术规范定义，提出规范不确定度、方法不确定度、符合性不确定度的评定方法;借助不确定度的黑箱模型，通过测量结果统计学量值特性指标，评定执行不确定度。以产品圆度检验为例，研究符合性不确定度评定操作过程，基于符合性不确定度划分产品检验的合格区间。实例分析结果表明，规范不确定度和方法不确定度的量值与执行不确定度相当，不可忽略;由于符合性不确定度包含测量结果与图纸规范所有可能的不一致性，基于符合性不确定度进行产品合格判定更为可靠。
复杂系统数字界面中的颜色编码对界面设计有十分重要的影响，如何通过颜色编码降低视觉信息混乱、提高认知绩效是优化界面设计中有待研究的课题。针对视觉的层次化感知引导人的注意捕获和视觉行为，在色彩体系和注意捕获理论基础上，通过对视觉感知分层和注意捕获程度的关联分析，提出利用两颜色之间的相互干扰反应时间之差判断其注意捕获程度。采用蒙赛尔色立体中的颜色心理三属性在知觉上的等距离划分，设计颜色的注意捕获试验，结合色差对不同色相、明度和饱和度的视觉感知层次和注意捕获程度进行判定、整合，并对比不同色差大小对认知速度的影响，分析结果表明：黑色背景下，除红色外仅色相不同的颜色在视觉感知上处于同一层;随着明度和饱和度的减少，视觉感知层次降低;目标与干扰物的色差固定时，低明度颜色对比高明度颜色对有更好的识别绩效。以飞机辅助起飞系统弯道情境仿真界面设计为例，验证了距离高饱和的目标色相同色差时，低明度背景上的目标认知绩效优于高明度背景。
