随着3C产品微型化和微制造技术兴起，电子、计算机、医疗、能源、交通等行业对高质量金属极薄带出现迫切需求，轧制极薄带的开发研究与产业化成为新热点。分析探讨各类极薄金属带材的研究、生产和应用状况，介绍世界各国轧制极薄带的典型轧机和产品。介绍异步轧制条件下最小可轧厚度研究新进展，给出考虑搓轧区比例的最小可轧厚度新公式。重点介绍极薄带轧制研究中超延展现象、非典型塑性、变形诱导反应扩散等三个新发现，并从二类微尺度效应入手对其原因做了分析。分析试验中出现的单层晶、加工软化、尺寸效应等现象，提出极薄带轧制中的几个特征参数，并将其用于极薄带轧制机理分析。介绍晶体塑性有限元在极薄带轧制分析方面的应用进展，指出了轧制极薄带的发展方向。
以传统双辊铸轧技术为基础，提出一种双金属复合管固-液铸轧复合近终成形工艺，利用专门的环形布流器，将液态覆层组元金属均匀地注入铸轧辊圆孔型与芯管基材所构成的环形结晶器内，利用快速凝固与轧制复合技术，将覆层金属均匀包覆于芯管基材表面。为揭示铸轧区内铸轧辊-覆层金属-芯管基材间的相互作用力学行为，利用Fluent软件对环形结晶器内覆层金属凝固过程进行热-流耦合分析，确定固相轧制复合变形计算区域。假设芯管基材为刚性体，可将固相轧制复合变形阶段视为纯减壁的带芯棒轧管过程，并依此推导固-液铸轧复合过程的轧制力工程计算公式，给出各参数的取值方法。在实验室条件下成功制备了外径38 mm、基层与覆层厚度均为4 mm的不锈钢/铝复合管，轧制力实测值与模型计算结果基本吻合，验证了工程计算公式的可靠性。研究成果对复合管固-液铸轧复合装备及工艺设计提供了理论依据。
提出一种无缝钢管连续斜轧的新工艺——斜连轧工艺，将传统斜轧生产无缝钢管工艺中的穿孔和轧制两道成形工艺，用连续斜轧的方法直接将管坯穿轧成荒管，实现了穿孔+轧制延伸、穿孔+二次穿孔和多道次斜轧变形的连续轧制，是无缝钢管生产短流程新工艺的探索。针对斜连轧工艺变形的特殊性，采用流函数的方法对变形过程进行建模分析，寻求到合理的流函数，并求得满足体积不变条件和速度边界条件的速度场方程，为进一步求解应变速率、变形功率、工艺参数等构建塑性变形理论基础。为验证工艺的可行性，开发研制三辊斜连轧试验样机，并结合分析计算的工艺参数展开工艺探索试验，经多次试验，能够顺利穿轧无缝钢管，证明了该工艺的可行性和数学模型准确性，为进一步的生产应用奠定基础。
目前大型筒节加热采用台车式电阻炉，能耗大、效率低下，设计一种可调式矩形线圈感应加热方式，研究矩形线圈感应加热方式与传统的电阻炉加热方式和螺旋线圈感应加热方式下大型筒节正火加热过程的温度场和热应力，研究结果表明： 采用电阻炉加热时，筒节的温度场分布较均匀，但总加热时间较长，需31.4 h达到正火温度940 ℃;采用螺旋形线圈感应加热时，总加热时间约为19.3 h，相对电阻炉其加热效率有了大幅度的提升，但加热过程中，筒节内外表面的温差更大，开裂风险更高;采用矩形线圈感应器加热时，在均温段筒节内外表面均分布涡电流和加热功率高于螺旋形线圈感应器，其加热效率得到进一步提高，总加热时间约为9.2 h。筒节的整体加热效果较好，热应力也在筒节材料的承受范围之内。
为研究薄板坯连铸连轧CSP轧机在轧制高强薄带钢时出现强烈振动这一普遍难题，利用轧机在线监测系统获取振动信号，分析得出CSP轧机存在电气驱动、机械传动及辊系压下耦合振动且振动信号表现出非线性谐波特征。以F3轧机主传动扭振问题为研究对象，通过建立传动等效非线性2自由度系统模型，将电气驱动谐波和轧制力谐波作为外扰激励施加到模型求解，结果显示轧机主传动在多源激励下存在超谐、亚谐及组合共振等多态特征。以型组合共振为例求解获得振动响应幅值随阻尼一次、三次项减小和刚度三次项、初始加载及谐波激励增大而增大的结论。由此制定利用抑制电气驱动电流谐波和轧制力谐波来抑制轧机传动扭振方案，试验结果表明振动幅值降低75%，取得显著效果。本文研究内容对深入认识传动非线性动力学特性与轧机系统耦合振动机理以及振动抑制提供参考。
在250~400 ℃初轧温度条件下，对铸轧态AZ31B镁合金板材进行四道次不同轧制路径的轧制试验，采用Axio Imager A2m金相显微镜对微观组织进行观察，采用WDW-E100D电子万能试验机对试样室温拉伸性能进行检测。综合研究不同初轧温度及轧制路径对轧后镁板的宏观成形性、微观组织和力学性能的影响。研究结果表明：轧后镁板组织性能与轧制工艺存在较强相关性。随初轧温度的升高，镁板屈服强度和抗拉强度均逐渐减小，伸长率逐渐增大;不同路径的交叉轧制对镁板边裂现象有较好的改善作用，初轧温度升至400 ℃后边裂消失;轧后镁板RD-ND截面与TD-ND截面微观组织分布一致，晶粒尺寸均为单峰正态分布特点，不同路径交叉轧制均能有效提高晶粒尺寸分布的均匀性，改善轧后镁板的各向异性，多道次交叉轧制对镁板晶粒细化及均匀化作用最明显。
双框架变速率控制力矩陀螺(Double-gimbaled variable-speed control moment gyroscope， DGVSCMG)是航天器重要姿态执行机构。它由内外框架速率伺服系统和转速可变的高速转子组成，有飞轮和控制力矩陀螺(Control moment gyroscope， CMG)两种工作模式。在两种工作模式下，框架伺服系统都会受到不匹配干扰，降低速率伺服性能，影响DGVSCMG的输出力矩精度，需要加以抑制。为了提高框架系统抗扰性能，并保证系统角速率伺服精度，提出一种基于干扰观测器(Disturbance observer， DO)与状态反馈的解耦控制方法。在对DGVSCMG框架系统的不匹配扰动建模与分析的基础上，利用鲁棒控制思想设计控制器与干扰观测器参数，并对全局系统进行了稳定性分析。仿真和试验结果表明，所提出的方法可有效抑制双框架伺服系统干扰，并满足DGVSCMG框架系统的性能要求。
为解决偏瘫患者在主动康复训练中对上肢外骨骼的控制难题，提出一种基于单次运动想象的脑电信号分类方法，并将其应用于自主研发上肢外骨骼的实时控制中。针对脑电信号信噪比低、个体差异较大的问题，提出一种改进的共同空间模式(Common spatial pattern，CSP)特征提取算法，并结合支持向量机(Support vector machine，SVM)分类器，实现对单次运动想象脑电信号的分类;使用此分类方法对两种不同试验范式建立分类模型，并对其分类表现进行评估;将较好分类表现的分类模型应用于上肢外骨骼的实时控制中，验证方法的可行性。所有被试对上肢外骨骼控制的平均成功率达到87.12%±2.03%。试验结果表明，基于所提出的运动想象分类方法，可以实现上肢外骨骼的准确控制，并为面向康复训练的脑机接口技术提供了理论依据和实践基础。
针对目前在实际焊接过程中多数焊缝自动跟踪系统对飞溅、弧光等噪声干扰十分敏感，从而造成焊接精度损失的问题，设计了能够实时检测焊缝特征图像的线激光视觉传感器，并根据其几何模型建立了精确的测量模型。跟踪过程中以线性表示模型对观测矢量进行建模并利用仿射变换模型对焊缝运动进行描述，提出了基于概率连续模型的焊缝跟踪算法。充分利用图像中激光条纹和背景噪声的空间一致性，结合刻画邻域结构内像素点间相互关系的一阶马尔可夫随机场理论，推导出焊缝跟踪问题的目标函数。采用基于最小二乘法与最大流/最小割的迭代算法对其进行求解，最终获取准确的焊缝位置。搭建了焊缝跟踪试验平台，并在实际焊接环境中应用所提算法进行焊缝跟踪试验。试验结果表明该算法的跟踪精度达0.109 1 mm，平均每帧图像处理时间不长于45 ms，并且激光条纹与焊接熔池的最小距离可达24 mm，能够克服强烈噪声干扰，实现实时、准确的焊缝跟踪。
目前在生产和生活中大量应用包装材料瓦楞纸板，但生产企业面临瓦楞纸板计量是一个较难解决的问题，为此研发一套基于机器视觉技术的瓦楞纸自动计数系统。针对瓦楞纸生产现场，详细分析瓦楞纸侧面纹理视觉信息与相关小波变换特点，将小波变换与相关形态学算法相结合，并选用离散Meyer小波，对瓦楞纸视觉信息进行处理。通过获取瓦楞纸视觉信息中连通域数目，求出瓦楞纸板纸张数量。经大量实验证明，所研发计数算法与其他计数算法相比较，能够准确、稳定可靠地获取瓦楞纸板数目。经工程实际应用验证，该自动计数系统能够满足瓦楞纸计数要求。
采用数值模拟和理论方法研究兰姆波在激光搭接焊缝上的干涉。数值模拟激励频率500 kHz的兰姆波S0和A0模态，在2 mm厚不锈钢板的搭接焊缝模型上的干涉现象。研究发现兰姆波在搭接焊缝前边沿的反射回波和后边沿的反射回波相互叠加，造成兰姆波在不同宽度的搭接焊缝上的反射率呈周期性地变化;且不同频率的兰姆波在相同宽度的搭接焊缝上有不同程度的干涉。通过仿真结果得到：当两个反射回波的相位差为半波长的奇数倍时，形成相减干涉;当两个波的相位差为偶数倍时，形成增长干涉。
提出在独立旋转车轮横向加装机械差速器实现独立车轮横向机械差速控制。在对差速器耦合轮对车辆系统动力学及对称式差速器力矩分配原理进行理论分析的基础上，建立差速器耦合轮对车辆和刚性轮对车辆模型，通过对比试验所测三向加速度数据与仿真结果，验证了模型的正确性。对两种车辆进行动力学仿真，研究两种车辆通过多种半径曲线时的安全性及轮轨磨耗性能，重点研究通过小半径曲线时的安全性及轮轨磨耗性能。研究结果表明差速器耦合轮对车辆过曲线时不仅有较小的磨耗，曲线通过安全性能也比刚性轮对车辆更优。差速器耦合轮对轨道车辆在小半径曲线线路上运行时，有较好的曲线通过性能，这种特性有利于适应城市地面轨道交通曲线半径小的特点。
为了考虑随机风载荷对车体结构疲劳强度的影响，以某型高速列车车体结构为研究对象，提出一种计算方法研究风致载荷作用下的车体结构典型载荷谱。主要内容包括：首先，根据京津线路沿线的风谱，选择Cooper风速谱作为目标谱，以线性滤波方法(卡尔曼滤波法)模拟作用在车辆上的风速。同时，基于风速与风压关系，引入一种权重函数模拟的时域计算方法获取高速列车横风作用下非定常的气动载荷。根据车辆动力学参数、轨道不平顺特征以及沿线瞬时最大风速等建立整车多体动力学模型和确定车辆典型运行工况。在车辆动力学模型中施加气动载荷激励，评估高速列车在风致载荷工况作用下的列车运行安全性。根据提出的载荷谱仿真计算方法，提取车体结构的载荷时间历程。采用雨流计数法对其进行载荷谱编制，形成典型的车体结构风致载荷谱。研究结果表明：采用线性滤波法获取的风速功率谱与目标谱在主要频段内拟合精度较高，随机风速的最大能量分布集中于0.01~3 Hz范围内;通过引入权重函数的气动力计算可以有效过滤气动力中的高频脉动成分，能够真实反映实际气动力载荷的延迟特征。该方法可以有效研究风致载荷作用下的车体结构载荷谱。
以库仑摩擦模型和衰减指数摩擦模型为基础，建立修正的衰减指数摩擦模型，进而以29580/R22.5全钢子午线轮胎为研究对象，采用数值分析方法分析轮胎制动过程中的胎面变形规律，揭示胎面变形及刚度分布与抓地力的关联关系。结果表明：修正的衰减指数摩擦模型能够更加真实地反映轮胎与路面之间制动力的变化情况。胎面径向变形呈现出中心大，从中心向边缘逐渐减小的分布趋势;胎面纵向变形在接地前缘变形较大，接地后缘变形较小。增大纵向变形有利于抓地力的提升。胎面表面径向微观刚度在接地区域(边缘除外)的刚度值变化不大，胎肩两侧会在小范围出现一个极值;胎面纵向微观刚度以胎面中心线为基准左右对称，在胎肩区域的刚度值明显低于胎面中间。降低胎面的径向和纵向表面微观刚度可提升抓地力。
安全域是一种从域的角度描述轴承安全状态的模型。它从轴承的运行状态角度考虑，在状态特征变量确定的空间内，用于辨识其运行状态是否在正常区域内。然而，高速列车运行状态数据通常是符合期望的正常样本，故障样本由于获取代价高昂，使得对其故障行为知之甚少，甚至一无所知，这意味着传统基于正常和故障样本的安全域建模方法很难应用在高速列车故障诊断上。支持矢量数据描述(Support vector data description， SVDD)虽然能够仅利用正常样本在运行状态空间上构建安全域，但是基于SVDD的安全域模型易受到惩罚参数取值的影响，特别是在大数据的背景下，合理快速地选择惩罚参数对提高安全域模型的边界估计能力及异常检测具有重要意义。鉴于此，提出了一种基于核空间距离熵的安全域惩罚参数选择算法。该算法依据核空间上样本点的位置分布，计算每个样本点距离核中心的距离，在大量基准数据集的基础上，寻找最优惩罚参数与距离熵之间的对应关系，最终获得最优惩罚参数的经验表达式。试验结果表明，相比基于网格搜索和遗传算法的参数选取方法，该方法物理意义明确，能够在保证分类准确率的基础上显著提高安全域模型的优化效率。所提出的基于安全域模型的异常检测方法应用于圆锥滚子轴承的安全状态辨识中。
对国内某直线电动机地铁无缝线路钢轨焊接接头不平顺进行大量测试，并进行统计分析，发现焊接接头不平顺形式主要表现为单谐波形、叠合形和马鞍形和多谐波形。建立一种直线电动机地铁车辆-板式轨道耦合动力学模型，以确定性焊接不平顺作为轮轨激扰输入。基于仿真计算，详细调查分析了单谐波形、多谐波形、叠合形和马鞍形焊接接头不平顺波长和波深对轮轨动力响应的影响，并提出了不同类型焊接接头不平顺的安全限值和打磨界限。研究结果表明：焊接接头不平顺的短波长和较大短波波深会恶化轮轨相互动力作用。该研究结果可为直线电动机地铁线路焊接区不平顺的养护维修管理提供 参考。
为研究高速列车车内气动噪声特性，利用统计能量分析方法构建包括422个车体结构子系统及170个车内声腔子系统的高速列车车内气动噪声计算模型。通过理论公式计算各个子系统的模态密度和内损耗因子，以及不同子系统之间的耦合损耗因子，通过大涡模拟方法计算各个车体结构子系统的湍流边界层输入激励，进而计算分析高速列车车内气动噪声。计算结果表明：各个车体结构子系统的脉动压力谱随着频率的增加呈现减小的趋势。随着车速的增加，各个频率下的高速列车车内气动噪声均增大。高速列车车内气动噪声的线性计权声压级具有明显的低频特性，而A计权声压级的显著频带范围较宽。司机室声腔A计权声压级的显著频带范围是100~2 000 Hz，乘客室声腔A计权声压级的显著频带范围是50~2 000 Hz。高速列车车内气动噪声的线性计权声压级和A计权声压级均与车速的对数近似呈线性关系。
蒸汽动力系统多周期运行燃料消耗量的计算方法通常先建立蒸发量与效率的关系模型，再由能量平衡方程得出。为简化计算，建立蒸发量和燃料量关系的双燃料锅炉数学模型。提出背压式、抽背式汽轮机调优规则：如果需要同时运行两台以上相同型号的汽轮机，则优先最大负荷运行数学模型斜率大的汽轮机，斜率相等则任意分配负荷。汽轮机调优规则扩展到燃料量和蒸发量呈线性关系的单燃料锅炉负荷分配：如果一次项系数相等，则蒸发量任意分配。否则，最大负荷运行斜率小的锅炉。针对粒子群算法收敛速度慢、早熟的缺点，提出惯性权重对数递减策略的粒子群算法。采用改进的粒子群算法对建立的蒸汽动力系统运行优化调度的混合整数非线性规划模型进行求解，节约了运行成本，验证了算法的有效性和实用性。
以海上风电场高湿度环境为背景，假设湿空气为空气和小液滴的混合气体，基于欧拉壁面膜模型计算旋转状态下的三维风力机叶片的气动特性，着重分析三维旋转条件下水滴在叶片表面的分布及其对叶片气动性能的影响。研究发现，随湿度增大，叶片功率和推力减小。湿气主要影响风力机叶片的表面摩擦阻力，对叶片的表面压力系数影响较小。通过计算各种条件下叶片表面液滴收集、冲击特性，获得了叶片局部的液滴收集效率，通过分析液滴/颗粒在不同条件下碰撞冲击叶片表面的位置，为开发防水、防覆冰叶片涂层等有针对性的防护措施提供理论支持。
基于切向连续挤压技术背景下的真空热管制造方法，对一定型“Ω”形轴向微槽道热管的制造、性能测试进行试验研究，并分析热管在竖直工况不同冷却条件下的轴向温度分布，热阻和当量热导率，蒸发/凝结换热系数，工作温度在不同冷源温度下随热负荷的变化。试验表明，此种热管制造方法可行，与常规热管制造方法相比，省去了单根管壳抽真空的过程，这极大地促进了热管生产效率。并测得R11热管在低温和常温下具有良好的等温性能及传热性能。
针对微粒群优化算法易陷入局部最优、出现早熟等不足，从作用力规则和种群拓扑结构两方面进行研究。提出一种混合作用力微粒群优化(Hybrid force PSO， HFPSO)算法，将算法的搜索过程划分为前期和后期两个阶段，分别构造引斥力规则和双引力规则，使算法搜索前期具有良好种群多样性、搜索后期有较高寻优精度。进一步将生物趋利避害的行为选择机制融入HFPSO算法，提出有向动态拓扑混合作用力微粒群优化算法，赋予微粒主观能动性使其靠近适应值较好微粒、远离适应值较差微粒，提出适应值驱动边变化的有向动态拓扑(Fitness-driven edge-changing unidirectional dynamic topology， FEUDT)结构，并将FEUDT结构与HFPSO算法以结构演化和算法进化同步进行的方式结合，进一步提升算法的优化性能。利用Benchmark函数对所提算法与标准PSO、搜索后期斥力增强型混合引斥力微粒群优化(LRPSO)算法进行性能对比测试，结果表明，所提算法具有较好的寻优能力和较快的收敛速度。通过桥式系统可靠性优化实例和供应商参与的某汽车产品子系统可靠性设计优化实例，验证了所提算法求解实际复杂优化问题的有效性。
以库房贮存背景下的J599系列电连接器为研究对象，分析电连接器在贮存环境下的主要失效部位及失效机理，确定了接触失效为最主要的失效模式，而接触对表面氧化物膜层增厚使得膜层电阻增大是造成接触失效最主要的原因;结合氧化物膜层的增长规律、膜层生长的化学反应理论以及接触对的功能与结构，进一步从微观层面对膜层电阻的生长规律进行了描述;基于电连接器接触电阻退化轨迹、接触退化率在温度应力水平下的变化规律以及接触可靠度与接触性能退化量之间的关系，建立电连接器的贮存可靠性统计模型;综合考虑镀层厚度、孔隙率、接触件基体材料、开槽簧片长度以及微观表面形态等尺寸、工艺和材料参数与其可靠性指标之间的关系，建立电连接器可靠性设计的数学模型，提出了电连接器可靠性定量设计的方法。
基于功能度量法，建立机械结构可靠寿命模型，给出可靠寿命求解方法。该方法将可靠寿命的计算问题转换为一个球面约束的优化问题，只需要进行一次优化迭代求解即可获得可靠寿命;针对寿命函数非线性较高，改进均值法易出现难以收敛问题，在此基础上提出了联合梯度算法，并从理论上证明了该算法的收敛性。对某车用轴进行可靠寿命分析，分析结果表明基于联合梯度算法的结构可靠寿命预计方法具有较好的效率和精度。
针对四级大子午扩张变几何动力涡轮开展数值计算研究，描述可调静叶端部间隙泄漏涡的形成过程，研究可调静叶转动前后可调静叶级三维流场结构及其损失机理的变化情况，分析静叶可调对动力涡轮各级总体性能的影响。研究结果表明：涡轮变几何引入了可调静叶端部部分间隙以及泄漏涡和通道涡的相互干扰，且泄漏涡涡核主要是由旋转轴后侧的泄漏流线组成;可调静叶转动不仅导致静叶自身出现攻角流动，还导致下游动叶前缘附近产生了大攻角分离流动，并且可调静叶关闭导致的动叶吸力侧大分离流动是由轮毂端壁附近分离泡螺旋向上运动产生，表现出强烈的三维特性，严重恶化变几何涡轮性能;可调静叶转动改变了静叶的喉部面积，导致涡轮级间焓降重新分配，从而在不同程度上影响动力涡轮各级流动性能，整体上对可调静叶级的影响最为明显。
为满足液力变矩器三维流动设计的需要，解决传统基于一维束流理论叶片造型方法精度差、适应性低的缺点，提出基于贝塞尔曲线及保形变换的三维叶片造型方法。叶片二维型线由骨线叠加厚度分布的形式构造，叶片骨线和厚度均由两段三次贝塞尔曲线构成。为实现直接通过关键几何参数进行叶片设计，建立叶片几何参数与贝塞尔曲线控制点之间的数学关系式。利用保形变换方法进行叶片二维型线与三维曲线间的无误差转换，将二维叶片型线投影到循环圆环面生成三维叶片曲线，然后再堆叠三维曲线以构造叶片实体。新型叶片造型方法能够实现二阶导数连续、曲率连续的叶片曲线设计，从而提高了叶片液力性能，同时改善了叶片造型精度及适应性。利用新型造型方法对原始液力变矩器叶片进行优化设计，结果表明，新方法优化后的叶片液力性能要明显优于初始叶片，验证了新方法的可行性。
