经验模态分解(Empirical mode decomposition， EMD)是一种数据驱动的自适应非线性非平稳数据处理方法。包络技术和模态混叠问题是EMD研究的重要课题。将非线性非平稳信号定义为多成分调幅-调频(Amplitude modulation-frequency modulation， AM-FM)信号模型，而EMD分解的每一个固有模态函数为单一的AM-FM信号。通过研究单成分AM-FM信号的包络以及多成分AM-FM信号EMD分解引起的模态混叠问题，提出新的EMD包络条件，并给出新包络算法的数值计算方法。基于新条件包络算法，提出单成分AM-FM信号相位和瞬时频率的新估计算法。提出解决多成分AM-FM信号EMD分解的模态混叠问题的新方法，并通过几组仿真信号和一组实测的转子碰摩数据验证了方法的有效性。
采用激光超声非接触检测技术，选用各向异性较小的热轧钢板作为研究对象，通过对标准试样的检测分析对平均晶粒尺寸计算公式进行标定。通过分析完整的激光超声一次回波和二次回波的衰减来计算试样的平均晶粒尺寸，并采用电子背散射衍射技术对平均晶粒尺寸检测的结果来验证计算的准确性。针对在实际测量中超声波信号会受到设备稳定性、试样表面状态、检测环境的变化和试样内部组织的不均匀性等的影响，提出利用超声回波时域信号能量衰减来计算衰减系数的方法，即能量衰减特性分析方法，可以有效地提高平均晶粒尺寸的计算精度。
为了精准稳定地提取滚动轴承故障特征，提出一种基于局部与全局结构保持算法的低维敏感特征提取方法，采用K近邻(K-nearest neighbor algorithm， KNN)分类算法进行故障识别。对滚动轴承振动信号的时域和频域特征进行特征提取，组成初始特征集，采用该方法对初始特征集进行特征提取，提取过程中综合考虑初始特征集的局部结构特征和全局结构特征以避免其结构信息的丢失，同时引入正交约束减小主特征分量间的信息冗余，提取出最优表征初始特征集特征的敏感特征矢量，并通过K近邻分类算法对其进行分类。将该方法应用于滚动轴承故障诊断，通过与其他几种典型特征提取方法对比，该方法能更有效地提取滚动轴承四种状态的敏感特征矢量，在故障诊断中表现出更好的分类性能，整体故障识别率保持为100%。因此，该方法能有效提取敏感故障特征，为实际滚动轴承智能故障诊断提供参考。
42CrMo轴承环件是高铁动车和风力发电等装备制造领域关键承载、传动构件。基于环件铸辗复合成形技术开展42CrMo钢轴承环件离心铸造、热辗扩成形及淬回火试验研究，分析高温变速进给时辗扩成形环件的微观组织及力学性能，并对后续淬回火过程组织性能演变规律进行探讨。结果表明，成形环件沿径向厚度区域晶粒得到细化，环件近中层和最小宽展处伴有不规则和等轴状的粗大晶粒;强度、硬度值较高，塑、韧性偏差，拉伸和冲击断口形貌表现为韧窝均聚集在剪切唇上，以解理断裂形式为主。530 ℃回火时沿环件壁厚方向未观察到碳化物，塑韧性仍较低;590 ℃回火后析出少量细小、弥散分布的碳化物颗粒，各项力学性能指标均满足标准要求，拉伸断口的韧窝数量多、直径大，冲击断口也比530 ℃时的平整，韧窝分布更加均匀，使得铸辗复合成形轴承环件的强度和塑韧性得到良好的配合。
应用单试样规则化法完成了压力容器用钢SA-508紧凑拉伸(Compact tension，CT)、三点弯曲(Single edge-notched bending，SEB)和小尺寸含内侧边裂纹C形拉伸(C-shaped inside edge-notched tension，CIET)三类试样的延性裂纹扩展行为试验，获得了J-Δa阻力曲线。结果表明，SA-508钢的J-Δa阻力曲线受试样构形和裂纹尺寸的影响较大，其根本原因在于试样裂纹尖端约束不同而引起延性断裂行为差异。引入J-Q-M三参数约束理论考察断裂试样的裂尖约束效应，采用权重平均法求解与距离无关的约束参数Q。弹塑性有限元分析结果表明，平面应变条件下的Q参数与载荷水平无关，但三维条件下的Q参数却仍受载荷水平的影响。基于J-Q-M三参数约束方法，建立三类试样满足J-Q-M控制的有效尺寸条件。进一步地，结合条件启裂韧度J0.2BL、J0.5BL试验结果和J-Q-M理论，获得了基于Q参数的约束修正J-Δa阻力曲线簇，可用于任意约束试样以及实际含裂纹结构的延性断裂行为预测。
熔融物堆内滞留(In-vessel retention， IVR)已成为核电厂处理堆芯熔融严重事故的一种有效管理策略。为使IVR成功，既要满足热失效准则，保证反应堆压力容器(Reactor pressure vessel， RPV)的局部热通量低于堆腔内冷却剂的临界热通量(Critical heat flux， CHF)，也要确保RPV的压力边界完整性，避免发生结构失效。为此，需要对CHF下RPV的结构完整性进行分析。对CHF下某堆型的RPV进行热分析，得到了RPV器壁局部熔化后的有效几何模型和沿壁厚的温度分布。进而，考虑热载荷和压力载荷作用，对该RPV模型进行极限载荷分析和IVR 72 h蠕变分析，确定RPV的极限承载能力。结果表明，IVR 初始时刻4.9 MPa内压作用下该RPV最薄器壁径向截面全面屈服，达到对应的极限条件;72 h后3.6 MPa内压下的最大局部蠕变应变为4.1%，而3.7 MPa下则高达42.5%。因此，可将3.6 MPa视为该堆型RPV在CHF工况下72 h内的极限载荷。
借助纳米压痕试验方法，对Cu/SAC305/Cu，Cu/SAC0705/Cu和Cu/SAC0705BiNi/Cu微焊点体钎料在不同最大载荷下的压入蠕变性能进行比较，并分析和讨论Bi、Ni元素的添加对低银Cu/SAC0705/Cu微焊点体钎料蠕变性能的影响。试验采用一次加载-卸载方式，加载时最大载荷分别为20 mN、30 mN、40 mN和50 mN，保载时间均为180 s。采用FEI SIRION扫描电子显微镜对微焊点体钎料在不同最大载荷下的压痕形貌进行观察。结果表明：在相同最大载荷和保载时间条件下，3种微焊点中Cu/SAC0705BiNi/Cu的蠕变深度和压痕尺寸均小于Cu/SAC305/Cu和Cu/SAC0705/Cu。在4种不同最大载荷下，与Cu/SAC0705/Cu微焊点体钎料相比，Cu/SAC0705BiNi/Cu微焊点体钎料的压入蠕变率分别降低了11.883%、16.059%、 8.815 7%和12.891%。Bi、Ni元素的添加，使Cu/SAC0705/Cu微焊点体钎料的蠕变应力指数提高了32.175%，有效提高了低银Cu/SAC0705/Cu微焊点体钎料的抗蠕变性能。
用有限元法在精确计算机械板凸度并在验证其计算结果有效性基础上，通过解析板形刚度理论，解析凸度遗传方程中的遗传系数，建立计算带钢的板凸度方程。利用现场实际生产工艺参数依次计算各架轧机出口带钢凸度并和末机架后凸度仪测量的板凸度值比较，预测热连轧机辊系综合凸度在一个轧制单元内的变化规律。预测结果通过对现场各机架大量的工作辊辊型测量数据经计算后得到验证，在一定工况条件下，预测的辊系综合凸度整体变化趋势和实际辊系凸度变化保持一致。这种预测方法避免了热连轧过程中为精确控制板凸度而计算各单个机架轧辊实时热、磨凸度变化所带来的复杂性，完成了一个轧制单元内实时辊系综合凸度预测值在各单个机架轧机上的凸度分配及应用。应用效果表明，现场带钢板凸度目标值在 ±10 μm 内的命中率由91%提高到97%，产品实物质量得到明显改善。所建模型与预测结果对板形理论研究和现场操作实践具有实际参考价值。
采用激光熔覆技术在20G基体上制备五组不同Ti质量分数的Fe-Ti-V-C系合金，利用金相显微镜、扫描电子显微镜、X射线衍射仪、显微硬度计和磨料磨损试验机等仪器对各熔覆层的显微组织、硬度和耐磨性进行测试和分析。试验结果表明：五组合金熔覆层基体组织均由铁素体和马氏体构成;随着熔覆层中Ti质量分数的增加，针状马氏体基体组织转变为板条马氏体;初生(Ti，V)C的形态由树枝状和花瓣状向颗粒状转变，同时碳化物(Ti，V)C的数量逐渐增多，当Ti质量分数为14.7%时，碳化物的数量达到最高值。熔覆层截面显微硬度梯度分布合理，表层硬度达到700~950 HV0.2。湿砂磨粒磨损试验表明：适量Ti显著提高了熔覆层的耐磨性，熔覆层中随着Ti质量分数的提高，耐磨性先降低后提高，当Ti质量分数为14.7%时，大量颗粒状(Ti，V)C均匀弥散分布在铁素体及板条马氏体基体上，使得熔覆层具有最佳的耐磨性。
研究在微细尺度下，有效模拟金属材料变形尺度效应的数值方法。将四边形面积坐标法与MSG应变梯度理论的本构方程相结合，通过用户子单元UEL加入到ABAQUS的数值模拟中。在有限元模拟过程中，采用传统八节点等参元时常遇到网格严重畸变的问题，而基于四边形面积坐标方法的单元却在网格严重畸变时仍然能够保持较高的精度，在非线性问题中有广阔的应用前景，而且经典理论无法解释试验中观察到的尺寸效应现象，因此采用MSG塑性应变梯度理论的本构方程解决尺度效应问题。应用文献中的数据对电抛光镍做数值模拟，以验证新的理论模型的正确性，对JX-2管线钢做试验研究，并对所得的铁素体、贝氏体、铁素体和贝氏体的双相体三种微观组织进行数值模拟，对比试验和模拟结果证明新的理论模型在工程中具有良好的可应用性，较传统塑性理论能更好地预测试验结果。
用固态扩散方法实现了CoCrFeMnNi高熵合金与铜在温度750~850 ℃下的良好连接，利用扫描电镜(Scanning electron microscope，SEM)、能谱(Energy disperse spectroscopy，EDS)分析、显微硬度测试及拉伸试验研究扩散反应温度对其界面反应行为和接头力学性能的影响，结合菲克扩散第二定律计算和分析Cu原子在高熵合金中的扩散系数。结果表明：Cu在高熵合金一侧的扩散速率大于高熵合金组元在Cu侧的扩散，随温度增加，高熵合金组元向Cu侧扩散时其在扩散区内原子浓度分布降低的程度按Mn?Cr?Fe?Co?Ni的顺序依次减小。理论计算表明，Cu在高熵合金中的平均扩散系数明显小于铜在不锈钢中的平均扩散系数。经扩散反应后，Cu/高熵合金界面附近均可形成FCC型固溶体组织的反应层，无金属间化合物产生。所有扩散连接接头拉伸后其断裂均发生在远离界面的铜侧，随扩散焊温度升高，其抗拉强度和应变有所降低，其中750 ℃时铜的抗拉强度与应变分别达到最大值224 MPa和33%。
建立一个考虑踏面制动温升影响的重载铁路车轮磨耗预测模型，模型中通过考虑温度对车轮、钢轨硬度的影响，实现温度对车轮磨耗影响的研究。相对以往的轮轨磨耗预测模型，该数值预测模型可以考虑轮轨接触界面有较大摩擦温升(如重载铁路踏面制动)时的轮轨磨耗演化机理，使预测结果更加符合实际情况。用所建立的轮轨磨耗数值预测模型，研究重载列车紧急制动时的车轮磨耗，分析考虑和不考虑温度影响下的车轮磨耗状态。结果表明：重载铁路踏面制动摩擦温升会加剧车轮磨耗，与不考虑摩擦温升相比，考虑摩擦温升时车轮总磨耗体积增加12.1%，当制动温升达到最高时最大磨耗深度增加22.5%。
齿轮箱作为高速动车组牵引系统重要传动设备，在运用过程中主要承受来自于线路激扰的冲击作用，齿轮箱体出现了疲劳裂纹。以某型齿轮箱体为研究对象，统计开裂齿轮箱体的运营里程并对其进行疲劳断口分析，疲劳裂纹源发生于齿轮箱体内侧拐角处，该部位存在因齿轮箱体结构及凹坑等缺陷引起的应力集中。基于高速铁路线路测试，得到典型工况下轴箱、齿轮箱体的振动加速度信号及表面的动应力响应，并对齿轮箱体的自由模态进行分析研究。研究结果表明，列车高速直线运行时，轮轨激扰引起的齿轮箱体振动频率与其固有频率产生了交集，齿轮箱体产生局部共振，共振使齿轮箱体局部产生较高的动应力幅值，从而导致箱体出现裂纹。该研究对确保高速列车运用安全及齿轮箱体新型结构的设计提供参考。
为改善高速列车明线运行时的气动性能，建立高速列车流线型头型的多目标优化设计方法，以高速列车的整车气动阻力和头车最大表面声功率为优化目标，对流线型头型进行多目标自动优化设计。建立三车编组某新型超高速列车的参数化模型，提取头型的五个设计变量，采用ICEM CFD软件脚本文件对列车周围流场区域进行网格自动划分，采用FLUENT软件脚本文件对列车气动力和表面气动噪声源声功率进行自动计算，通过第二代非劣排序的遗传算法(Non-dominated sorting genetic algorithm-II，NSGA-II)对设计变量进行自动更新，实现超高速列车头型的自动优化设计。优化完成后，对优化设计变量与优化目标的相关性进行分析，得到影响优化目标的关键设计变量。结果表明，各优化设计变量与两个优化目标的相关性相同，只是相关系数值不同。经过多目标优化设计，得到一系列的Pareto最优头型;与原型列车相比，优化后列车的整车气动阻力最多减小2.91%，头车最大表面声功率最多减小7.47%。
提出一种基于粒子群优化与径向基(Radical basis function， RBF)神经网络优化算法的商用车横向稳定性优化控制策略，采用上、下双层控制模式，上层控制器以横摆角速度与质心侧偏角为控制目标，依据车辆行驶工况的反馈信息，利用粒子群优化(Particle swarm optimization， PSO)算法对模糊控制器中的比例因子参数实施动态优化，实现对前轮附加转角和横摆力矩的控制。下层控制器采用RBF神经网络优化制动力分配，通过对横摆角速度偏差的自适应学习，结合滑移率控制器实时优化分配左、右前轮的制动器制动力并修正前轮转角。基于搭建的TruckSim与Matlab/Simulink联合仿真环境，选取典型试验工况进行车辆横向稳定性仿真分析。研究结果表明，与传统的电子稳定控制系统(Electronic stability control， ESC)控制策略相比较，优化控制后车辆的横摆角速度、质心侧偏角以及侧向加速度等动态响应指标均满足控制要求，并且实际行驶轨迹与目标规划路径之间具有良好的跟随性，有效改善了低附着路面行驶条件下商用车的横向稳定性。
Ca(OH)2提纯是实现电石渣制备石灰石的关键环节，通过复合型水力旋流器对电石渣细颗粒分级，其结构参数和工艺参数，以及颗粒的物性参数直接决定Ca(OH)2的提纯效果。基于RSM模型和混合多相流模型，对复合型水力旋流器的流场进行数值模拟，分析旋转栅结构对流场的影响;同时在平衡轨道理论的基础上，建立复合型水力旋流器的分离粒径预测模型，根据电石渣颗粒的基本特性，对复合型水力旋流器进行结构优化;制作试验样机，采用二次正交旋转组合试验设计，参考分级粒径、分离效率、处理量、分离精度、分股比5项分离指标，验证复合型水力旋流器的分离效果，确定最佳工艺参数。试验结果显示，在进料速度2.1 m/s，旋转栅转速1 205 r/min，进料质量浓度22%的操作条件下，综合分离效果最佳，此时分级粒径为70 μm，分离效率达81.3%，处理量为406.7 kg/h;与静态水力旋流器对比结果表明，复合型水力旋流器在压力损耗和离心力场强度方面具有明显优势，而在颗粒的滞留时间方面处于劣势。
针对结构节点位置存在小范围不确定性，提出了一种桁架结构稳健拓扑优化方法。由于工程制造或者装配误差，桁架结构节点位置常常存在误差，且此误差尺寸相对于结构单元尺寸很小。该桁架结构稳健拓扑优化问题的设计变量为各单元截面积，优化目标是结构柔度均值和标准差的加权和。优化过程中需要计算结构刚度矩阵的逆，由于结构存在节点位置不确定性，刚度矩阵是变化的，使得计算刚度矩阵的逆变得十分困难。然而，基于纽曼展开和泰勒级数展开，可将该小不确定量问题转化为较为简单的等效不确定载荷结构优化问题。为了利用优化准则法进行求解，利用伴随法进一步推导了目标函数的灵敏度信息。通过数值算例验证了该方法的有效性，并说明桁架结构节点位置不确定对结构优化结果有很大影响。
将自激式除尘器气相压力信号的概率密度和频谱分析结果与气液两相流动形态相关联，挖掘气液两相定量识别的特征参数，结果表明：气相压力的随机波动过程与初始液位和气流速度密切相关，初始液位越高、气流速度越大，压力信号波动性越强，反映出气液流动耦合程度越剧烈;除尘器气相压力的频谱以0~10 Hz低频为背景(反映液面整体波动状态)，伴随20 Hz左右的较高频率频谱(反映气流对液相的剪切和卷吸等剧烈流动状态)，功率谱密度(Power spectral density，PSD)分布可以较充分地反映气液流动的细节特征;气相压力的概率密度参数μ、σ和PSD分布特征能较好地反映气液两相流动形态的典型特征，可作为气液两相流动形态识别的特征参数。
为了探究提高H型风轮自启动特性的方法，利用全迎角范围的翼型气动数据理论分析H型风轮的静扭矩特性，包括不同雷诺数条件下风轮的静扭矩随相位角的变化规律，升力和阻力分别对静扭矩的贡献，分析表明，相对于对称翼型，采用非对称翼型的叶片更有利于提高风轮的自启动特性。在对称翼型尾缘添加Gurney襟翼可以增加翼型的有效弯度，分别对有无添加襟翼的三叶片H型风轮在低速风洞进行测试，试验结果验证了理论分析结论，此外还得出随着雷诺数的增加，非对称翼型提高风轮自启动特性的优势减弱。
燃气轮机对进气质量的要求很高，低质量的空气进入燃气轮机不仅不能保证其正常的工作条件，还极易给燃气轮机带来不可恢复的损害，因此研制高效的燃气轮机进气滤清器成为一项十分重要的任务。为了研究轴流式旋风分离器在不同工作条件下的分离性能，通过数值模拟的方法，对多管式轴流旋风分离器的其中一个分离管进行研究，分析进气角度和集尘管进口扫气压力对不同直径颗粒的分离性能的影响，并探索灰尘颗粒在分离器中运动过程的物理机理。研究结果表明，适当的预旋角度会提高小直径颗粒的分离效率，而较大直径颗粒的分离效率反而有所降低;降低集尘管进口扫气压力会提高小直径颗粒的分离效率，对大直径颗粒的分离效果几乎没有影响。计算结果可为轴流旋风分离器的设计和工程应用提供理论指导。
逆向供应链服务是废弃物资源化处理和综合利用的有效运行管理模式之一。针对逆向供应链服务活动复杂多样、服务资源数量庞大导致其模块化及匹配困难问题，在分析逆向供应链服务过程的基础上，提出逆向供应链概念性服务的概念，并构建一种逆向供应链概念性服务模块二层匹配框架模型、提出其两层匹配方法，以获取满足客户需求的最优服务活动和服务供应商组合方案。针对功能性服务模块组合经验知识难以定量度量问题，提出基于矢量空间模型的服务活动抽象模块匹配方法;针对服务响应时间、服务成本和服务质量等多目标优化常相互冲突难以同时达到最优的问题，提出基于多目标遗传优化的服务供应商知识模块匹配方法，通过加权组合的Pareto选优，从所获得的无法进行简单比较的Pareto最优解集中得到符合客户需求偏好的最优解，进而指导最终服务供应商优选。以某钢铁企业废钢逆向供应服务为例，验证逆向供应链概念性服务模块匹配方法的可行性、有效性和实用性。
针对具有多种失效模式机械零部件的寿命评估问题，分析零部件与其各种失效模式之间的失效逻辑关系，研究具有多种失效模式零部件的失效行为表达方法。在此基础上，分别以连续型变量和离散型变量为寿命度量指标，建立具有多种失效模式零部件的寿命概率分布模型，给出多种失效模式零部件的失效累积分布函数与失效概率密度函数以及可靠度、失效率与平均寿命计算模型，研究零部件的寿命概率分布特征以及可靠度与失效率的变化规律。研究表明，具有多种失效模式零部件的失效概率大于任一种失效模式所对应的失效累积概率，其寿命概率密度呈现出“早期较高、然后先减小后增大、最后又降低”的变化趋势，同时，零部件的平均失效寿命小于任一种失效模式所对应的平均寿命。
针对国家重大科技基础设施项目500 m口径球面射电望远镜(Five-hundred-meter aperture spherical radio telescope， FAST)液压促动器进行分析研究。提出利用齿轮泵泄漏特性及液控单向阀开启特性实现流量闭环的建模方法可使数学模型更准确。设计样机试验并研发试验设备以获取齿轮泵流量压力系数Kq及液控单向阀开启特性Kf两参数。利用Matlab/Simulink软件搭建系统模型分析了促动器在开环外伸及闭环跟踪两模式下的运动特性，并通过试验对系统模型进行对比验证。结果表明：建立的模型能够描述液压促动器的工作原理，参数Kq及Kf与试验结果一致性较好。开环时促动器的速度随输入脉冲频率增加而增大，闭环时促动器在变载荷下可实现稳定跟踪。仿真与试验最大跟踪误差分别为0.15 mm和0.2 mm，满足设计精度要求。该系统模型为FAST液压促动器奠定理论基础，同时可为伸缩回路差异较大的液压系统提供参考。
液压型风力发电机组采用定量泵-变量马达闭式系统作为风机主传动系统，采用同步发电机直接并网发电，区别于传统齿轮或直驱型风机，需要对其最佳功率追踪策略进行深入研究。介绍液压型风机能量传递过程，最佳功率追踪控制需解决的关键问题，研究基于有功功率控制的最佳功率追踪原理。分析风力机功率传输特性，提出功率追踪分段控制策略。分析液压系统存在的非线性问题，利用小信号线性化方法结合变增益PID控制，解决系统非线性带来的功率响应不一致问题。最后利用转速控制环节对功率控制环节优化，使系统在功率追踪过程中系统更加平稳。在30kVA半物理仿真实验平台上验证变增益PID控制下系统功率一致响应，以及按最佳叶尖速比给定的最佳功率进行的最佳功率追踪策略。
为提高某离心式喷嘴的雾化质量，对其内部结构进行改进优化，并采用数值模拟和试验相结合的方法详细探讨切向槽位置和倾斜角度对雾化效果的影响。结果表明：数值仿真可以较好地模拟喷嘴的雾化特性，其结果与试验吻合良好;位置和倾角的改变会影响雾化颗粒粒径和雾化锥角，其中雾化锥角受倾角的影响较为显著，随倾角的增大而减小;随着压力增大，雾化颗粒粒径会逐渐减小，雾化锥角逐渐增大并趋于稳定;9组不同工况下喷嘴雾化效果对比表明，在旋流室圆锥半径1/2或3/4处设置20°倾角的切向槽，雾化效果最佳。
