数字化在航天型号产品研制中得到了广泛应用，推动了航天系统工程方法的不断发展。为了进一步明晰数字时代航天系统工程的发展方向，本文对数字化技术驱动的航天系统工程发展与应用展开综述，以期推动数字航天发展。首先，从基于模型的系统工程发展、数智技术赋能和商业航天需求推动三方面分析了数字时代航天系统工程发展呈现的新特征。然后，分析了数字时代典型的全生命周期系统工程理论模型，并从规划论证、研发设计、生产制造、试验测试、服务保障、科研生产管理等研制全过程分析了数字融合技术发展，阐明了通过MBSE、数字孪生、数字主线、人工智能等技术融合应用，建立全周期研制和管理数字化生态的特征。在此基础上，结合航天型号产品研制和管理核心场景变革目标，展望提出数字时代航天系统工程未来技术发展态势，从而推动数字时代航天系统工程理论方法体系完善，为构建航天型号数字化研制和管理模式提供支撑。

随着运载火箭技术的不断发展，以及高密度、多样化的任务发展需求，对于运载火箭研制和任务分析的方案快速迭代以及设计参数闭环等提出了更高的要求。本文基于MBSE思想，在运载火箭的总体回路设计过程中采用数据驱动的方式实现各专业模型的协同设计，证明了基于模型代替文档的工程可行性。针对总体回路设计中气动特性预示时间长、弹道设计约束多等问题，进一步将试验数据与预示数据相结合，采用人工智能预示和优化算法，大幅提升气动特性模型、弹道计算模型的设计效率，缩短总体回路的设计周期。最终构建了总体协同设计平台，通过调用执行器，实现专业工具模型的调用以及数据在模型间的交互，使得设计数据实现在流程中各专业间的自由传递，又能实时跟踪设计数据的更新与迭代，实现MBSE思想在整个火箭顶层设计回路的“数同源”和“变同知”目标。

运载火箭作为复杂系统的代表，面临着高质量、高效率、高效益研制的挑战。针对传统运载火箭研制过程中文档驱动方法存在的上下游协同复杂、多系统耦合验证困难、迭代效率低等问题，从基于模型的系统工程(Model based systems engineering，MBSE)方法在复杂系统研发中的应用现状出发，例举分析主流的MBSE方法论，并重点面向运载火箭研制历程中的需求分析、方案设计、流程验证等环节，开展MBSE应用技术研究。通过场景化仿真，展示了MBSE对于提升火箭研制质量和效率，以及预示潜在风险问题的有效性。为运载火箭系统研制提供了一套模型驱动范式，可扩展应用于数字孪生与智能决策支持，对推动航天复杂系统研制模式向精准化、敏捷化转型具有显著的工程价值。并对新形势下MBSE技术的发展方向，以及面向运载火箭的融合应用前景提出了建议和展望。

通过总结载人月球探测航天器在关键技术攻关、方案和初样研制阶段中飞行器总体、分系统和单机三个产品层级涉及的基于SysML开发的需求模型、系统设计模型和基于Modelica开发的系统验证模型的数字化工程研制实践经验，提炼形成航天器产品研制过程全周期、全层级、全产品维度的数字模型体系，重点聚焦系统需求分析、系统设计与验证环节，以载人月球探测航天器数字模型为例，分析研究了模型的数字主线中主数据的基本构成，以及数字主线中的主数据在时间维、组织维和产品维的传递规律和航天器产品的技术状态项在数字模型、研试文件、实物产品和数字主线中的映射对应关系，将产品在数字空间的数字模型和物理空间的实物实体的技术状态管控要素进行了有机统一，研究提出基于MBSE的航天器产品数字化研制集成程序，为有效控制航天器数字化研制模式下的技术状态提供技术基础。

针对深腔体结构装配中可视化程度较低，导致其装配质量难以保证等问题，提出一种多传感融合的深腔体结构装配过程实时感知与精准控制方案。首先，分析深腔体结构的装配特点，其几何特征与装配载荷是影响装配质量的关键因素，结合数字孪生理论介绍了该研究所构建的装配系统的功能模块及逻辑关系；其次，开展深腔体装配过程感知研究，分别采用激光传感与力传感装置实现对深腔体几何特征与装配载荷特征的有效获取；最后，以深腔体装配特征信息为输入，开展虚拟装配和误差补偿研究，通过装配路径规划与机器人末端柔顺控制，实现了深腔体装配过程的精准调控，并以数字孪生技术为框架，构建了装配感知与调控系统。最终以某型航空器深腔体结构为对象开展关键技术验证，结果表明该技术可实现深腔体装配多阶段的特征信息感知与调控，为其高性能装配提供了有效的理论架构与技术方案。

架构设计阶段做出的决策对复杂装备系统的开发至关重要，其通常会限定装备系统性能的范围并指导后续的研究方向。为了解决复杂装备早期架构设计决策过程中面临的数学表征难、方案生成效率低、设计空间组合爆炸、权衡过程难以平衡多方利益相关者需求等问题，提出面向复杂装备系统架构设计的智能决策支持技术，涉及架构决策的建模、生成、探索、优化、权衡以及评估六个关键环节：① 基于形态矩阵的架构决策表征；② 领域知识与强化学习融合驱动的系统架构生成；③ 基于约束管理的架构设计空间约简；④ 大规模系统架构决策多阶段优化；⑤ 考虑利益相关者偏好的系统架构多目标权衡； ⑥机理与数据融合驱动的系统架构决策数字评估验证。最后通过运载火箭一二级分离系统架构设计的典型案例，验证了所提框架与关键技术的可行性与有效性，为架构决策技术在复杂装备系统中的落地应用提供了理论和技术参考。

风洞是开展空气动力学试验研究的重要设备，对支撑航空航天飞行器发展、构建飞行器装备自主发展体系具有重要意义，是国家科技实力的重要体现。基于装备数字化、智能化发展趋势，梳理了复杂装备数字化发展历程；结合新一代飞行器发展试验需求，针对现行模式下风洞设计质效不高、运维方法手段简单低效等现实问题，提出了贯穿需求、设计、建设、试验、运维全生命周期的风洞装备数字化框架体系。以低速风洞为例，给出了风洞数字样机1.0至3.0的典型应用，梳理了风洞全域状态监测、风洞虚拟试验和风洞预测性维护等数字孪生应用场景。最后展望了风洞数字化潜在研究方向，包括跨学科/多尺度建模仿真、飞行性能试验/研发一体化、数据模型标准体系，期望为风洞装备全生命周期数字化管控体系建设提供方向建议。

针对目前光纤陀螺中柔性光纤的敷设路径设计主要依靠人工操作经验、控制光路应力难、装配效率低等问题，提出一种柔性光纤低应力敷设路径自动规划方法，包括单舱光纤和穿舱光纤。基于设置的敷设路径参考信息，包括起始连接面、终止连接面、敷设面外圆和穿舱孔(仅穿舱光纤)等，实现柔性光纤低应力敷设路径的自动规划。首先基于光纤的弯曲半径标准进行光纤低应力敷设路径设计，确定光纤敷设路径控制点的二维分布；然后根据光学器件与光纤敷设平面、穿舱孔(仅穿舱光纤)之间的空间位置关系，对路径控制点坐标在竖轴方向上进行离散化处理；同时根据光纤的长度对敷设路径进行调整，若光纤长度满足盘纤条件则进行盘纤操作，最终实现在三维空间中光纤低应力敷设路径的规划。基于以上设计思路开发了柔性光纤低应力敷设路径自动规划系统，进行了相关实例应用测试，验证了该方法的有效性。

CFRP机翼内部力学状态数字孪生系统作为实现航空航天领域中碳纤维增强基复合材料(Carbon fiber-reinforced polymer,CFRP)结构健康监测的一种有效手段，通过物理空间与数字空间的实时映射，实现关键结构服役过程中的人-机动态交互。针对CFRP机翼服役过程中内部各层受力状态不明确的难题，基于CFRP机翼制备、力学仿真、构建径向基函数代理模型和数据单向降阶处理四个关键环节，提出了一种基于单向降阶高保真代理模型的CFRP机翼内部力学状态数字孪生框架构建方法。以CFRP材料结构机翼为案例，该方法利用传感器测得的高保真度数据以及仿真计算得到的低保真度数据，进而采用单向降阶模型对实验和仿真得到的数据进行降阶处理，并通过径向基函数代理模型对每个节点的应力值进行插值计算。最后，将数据用于训练代理模型，并对机翼孪生体的样本点进行修复和重建，进而构建其内部力学状态数字孪生系统，实现了CFRP机翼实体与孪生模型的实时映射。

在风机运行过程中，叶片振动数据因不同工况环境呈现显著特征分布差异，且常受噪声干扰，致使故障特征提取困难、健康状态难以精准识别。为有效应对这一挑战，提出一种基于格拉姆角场与多头注意力机制卷积神经网络的叶片健康状态监测方法。首先，基于格拉姆角场的模态转换方法，将一维振动信号分别编码为格拉姆角差场(Gramian angular difference field, GADF)和格拉姆角和场(Gramian angular summation field, GASF)两种二维图像表征，通过极坐标映射有效保留时序信号的幅值与相位特征；其次，构建并行双通道卷积神经网络，分别提取GADF和GASF图像的空间特征，采用深度可分离卷积降低模型复杂度；最后，引入多头注意力机制进行跨通道特征融合，通过自适应权重分配强化关键故障特征的表达。为验证所提方法的有效性，本研究采用风电场叶片疲劳折损的实际数据进行试验验证，以确保方法在真实工况下的适用性和可靠性。试验结果表明，所提方法的诊断精度达到93.7%，显著优于其他对比方法，验证了其在实际应用中的有效性和优越性。

作为高端装备的“核心功能单元”，机械传动的技术水平直接决定了航空航天、人形机器人等装备的性能与可靠性，其自主创新能力的提升是国家现代化建设与产业升级的迫切需求。系统梳理了机械传动领域前沿技术的发展现状与趋势，聚焦材料、设计、制造、检测与智能运维五大核心维度，给出当前制约技术深层发展和产业升级的关键瓶颈问题与核心发展挑战。为突破长期存在的技术瓶颈与困境，提出构建以材料、设计、制造、检测与运维全链条协同创新体系为核心的突破路径，通过融合材料基因工程驱动设计、自主构型创新、数字孪生工艺优化及智能运维数据闭环反馈，形成创新驱动生态。以高端化、智能化及绿色化协同演进为特征的技术范式，旨在推动机械传动产业从被动替代到主动引领的战略转型，着力攻克功率密度、动态精度及服役可靠性等关键瓶颈难题，深度融合人工智能与先进材料技术，系统性重构机械传动创新发展的技术体系，为制造业转型升级提供核心技术基础。

扑翼飞行器具备特殊的高升力机制，推进效率高，灵活性能好，其整体的飞行性能与扑翼驱动机构有着重要的关联。随着具备诸多优点的扑翼飞行器进入人们的视野，人们对扑翼飞行器的性能提出了更高的要求，国内外的研究学者们针对扑翼驱动机构的理论研究与设计也不断地深入。针对目前扑翼驱动机构多模式复合运动的发展与应用状况，以旋转驱动连杆式和智能材料驱动式两个角度进行综合论述，分析其各自在扑翼飞行器中的应用，总结其各自的特点，展望了扑翼驱动机构多自由度的实现、微型化及轻质化的发展态势以及高性能材料开发与应用不断拓展结构类型的趋势等。通过对目前扑翼驱动机构的总结分析，为今后扑翼驱动机构的设计与扑翼飞行器的发展提供一定的参考。

针对无人装载机在铲掘作业中高效节能轨迹规划的需求，提出一种基于非均匀有理B样条(NURBS)的多目标铲装轨迹优化方法。首先，基于土力学失效理论建立了土壤-铲斗耦合模型，准确描述铲掘过程中的阻力特性。其次，将铲-土耦合过程融入装载机工作装置动力学建模，提升动力学模型对实际工况的表征能力。最后，构建以作业时间和能耗为协同性能指标的多目标多约束非线性轨迹优化模型，并采用遗传算法实现模型的高效求解。为验证所提方法的有效性与优越性，搭建了高保真数学-物理联合仿真平台，并开展仿真实验。结果显示，所提出方法能够获得平滑且可行的铲掘轨迹，液压缸速度和输出力在关键阶段达到合理范围，装载过程高效且稳定，显示出良好的作业连续性。

为解决轮腿式机动平台机身承受外部强扰动后难以保持稳定状态的问题，提出了抗外力扰动双闭环控制策略。首先，结合单腿动力学模型和带有遗忘因子递归的最小二乘法，建立轮端接触力估计器，解决了无触地力传感器情况下轮端接触力难获取的问题。其次，通过运动轨道参考能量法求解平台不同方向运动额外动能的变化，设计了外部强扰动触发器，利用线性和角柔性“质量-弹簧-阻尼”模型思想分析平台质心的线运动和角运动中位移、速度、加速度等运动参数与等效力和力矩之间的映射关系，同时考虑轮端与质心相对位置关系对腿部虚拟分配力的影响，建立了关于接触力跟踪误差与轮端位置跟踪误差的动态模型，搭建机身位置闭环和轮端力闭环的双闭环控制框架。最后，仿真和样机试验验证了所提方法的实时性和有效性。

利用叶端定时技术进行旋转叶片的非接触测量是公认的叶片振动监测的有效方法。然而，受到机匣可布置传感器数目的限制，叶端定时系统获取的振动信号存在严重的欠采样问题。目前的凸松弛和非凸松弛方法均未考虑到$\ell_0$范数重要的尺度不变性，导致幅值重构精度受到限制，无法获得最稀疏的解。为解决这一问题，首先引入具有尺度不变性的范数比函数来逼近$\ell_0$范数，针对其非凸非光滑性，构建平滑近似的代理函数(Smooth $\ell_p$ over $\ell_q$, SPOQ)以避免陷入局部最小值，再基于SPOQ函数构建叶端定时信号稀疏表示模型，并使用变步长前向后向算法对该模型进行求解。叶端定时仿真和试验的结果表明，与现有的$\ell_1$正则化和GMC正则化方法比较，该方法不仅能更精确地重构信号幅值，还能有效滤除干扰频率成分，促使频谱更稀疏。

针对不同工况下转子系统某些关键位置的振动响应难以通过传感器实时获取的问题，提出了一种数字孪生驱动的转子系统变工况难测点响应实时预测方法。首先，基于动力学模型对转子系统振动特性进行分析，建立基于遗传算法-BP神经网络的高精简化模型作为动力学模型的数据驱动镜像，可提高模型响应计算速度，确保数字孪生模型的实时性；其次，提出一种基于RBF代理模型的模型动态更新方法，结合遗传算法-BP神经网络实现模型实时高效迭代优化，解决了实测振动信号与机理模型的融合问题；最后，搭建数字孪生实验平台，开展不同工况下转子系统难测点振动响应实时预测实验，完成数字孪生响应预测方法的有效性验证。实验结果表明：该数字孪生模型能够实现对转子系统运行状态的实时映射，且能够较好地解决转子系统的难测点响应预测问题。

倾角传感器广泛应用于装备姿态监测、山体滑坡预警等领域。抗磁悬浮技术具有被动稳定悬浮的特点，可突破接触式机械摩擦的局限性，实现敏感元件的快速自由响应，在高精度倾角传感器的设计上具备天然优势。现有研究主要聚焦于自稳定区域内的敏感元件的输入输出映射关系，导致传感器工作量程较小(±1.1°)。基于此，结合光学测量手段提出了一种可调灵敏度大量程单轴电磁-抗磁混合悬浮式倾角传感器设计方法。该倾角传感器采用抗磁性物质石墨板与感应线圈构成的新型敏感元件结构作为检测单元，通过“Opposite1D”式永磁体排列布局实现了敏感元件非测量轴的被动稳定悬浮，引入轴向交流感应电磁驱动技术使得传感器工作区间不再局限于自稳定区域。基于敏感元件悬浮位置随倾角变化而变化的特点，采用光学测量手段提出了自稳定区域外的倾角测量方法并搭建了实验平台，对各参数下的感应驱动力及倾角位移进行了测量实验。实验表明该倾角传感器可实现±10.8°角度范围的测量，灵敏度可达1.168 mm/(°)；并且传感器灵敏度可在1.168 mm/(°)至2.623 mm/(°)的范围内进行调节。具有无摩擦、大量程及可调灵敏度的特点，在微小倾角的精密测量领域具有很大的应用价值。

针对重型车辆垂向大负载、复杂行驶工况下传统悬架系统阻尼元件能量损耗难以高效回收问题，面向车辆长距离运输对节能与舒适性的需求，提出了一种充气式液电馈能悬架(Inflatable hydraulic-electric energy regenerative suspension，IHERS)系统结构设计方法并分析其阻尼与能量回收特性。考虑重型车辆车身结构及驾驶室舒适性因素，建立了配置IHERS系统的五自由度半车模型，阐述系统在拉伸与压缩两种工况下的工作原理，基于基尔霍夫定律得到IHERS系统的能量回收功率，进而推导了不同工况下IHERS的阻尼力表达式；分析了活塞直径、活塞杆直径及液压马达排量等参数变化对IHERS系统传递率幅频特性在不同频率区间的影响；基于车身垂向加速度、悬架动行程及车轮动载荷构建适应度函数，通过遗传算法对IHERS系统参数进行优化。仿真结果表明，当车辆以20 m/s的速度在C级道路上行驶时，优化后的IHERS系统能量回收效率最大可提升34.35%，驾驶室垂向加速度降低了47.96%，显著提升了车辆舒适性。研究结果可为重型车辆的电动化、节能发展需求提供理论参考。

在传统的叶尖定时测量技术中，通常使用转速传感器作为参考来获得每个叶片的理想到达时间，然后将其与测量的实际到达时间进行比较，以计算叶尖振动位移。然而，在实际应用中，由于发动机内部空间限制，找到一个真实的或虚拟的转速参考来计算叶片振动变得非常困难。同时，叶片理想到达时间的计算会引入计算误差。此外，在变转速工况下，转速波动往往会引起计算的叶尖振动位移出现趋势项或稳态偏移，严重影响后续的叶片振动分析。为了解决这些问题，提出了一种不需要转速参考传感器和计算理想到达时间来获得振动速度的方法。该方法仅需一对叶尖定时传感器和测量的实际到达时间，即可在没有转速参考传感器的情况下获得叶尖振动速度。该方法用振动速度代替了传统的振动位移，减少了叶尖定时测量中的计算误差等不确定性，同时仍能准确获取叶片振动参数。更重要的是，基于振动速度能够更好地表征高频成分，从而为高频振动的辨识奠定基础。最后，基于振动位移与速度的关系，可以在不需要任何激励阶次等先验信息的条件下，直接获得叶片的固有频率。

针对控制力矩陀螺低速框架伺服驱动的低转速、大调速比、高稳定的运行要求，提出了一种可应用于空间极端环境的中空型行波超声电机。首先，对所提出的中空型超声电机进行了动力学仿真分析，开展了中空型超声电机定子的模态和谐响应分析，并探究了转子横截面关键尺寸对中空型超声电机接触应力分布的影响规律。其次，加工并装配了中空型超声电机原理样机，测试了定子的振动特性及样机在常温常压环境下的机械特性和速度稳定性。实验结果表明，定子能够激励耦合出旋转行波，并且样机的机械输出性能能够满足控制力矩陀螺低速框架伺服驱动的需求。最后，为了评估样机与控制力矩陀螺应用环境的适配性，首次开展了较为全面的空间极端环境试验研究。在真空、高/低温复合环境下测试了样机的电学特性、机械特性、温升特性以及速度稳定性。实验结果表明，样机可在真空度小于1×10^-3 Pa，温度范围为-10～50 ℃的环境中长时间带载低速运行，满足了控制力矩陀螺低速框架伺服驱动的技术指标需求，验证了空间中空型超声电机在控制力矩陀螺低速框架上的应用潜力。

针对管道振动问题，提出一种适用于较大激励下内置栅格颗粒阻尼器，以改善传统颗粒阻尼器在较大激励时减振效果不佳的缺点。基于有限元法分析管道振动特性，其在风机可调转速区间存在第二、三阶固有模态频率，并应用多体动力学与离散元联合仿真模拟颗粒阻尼器对管道振动控制过程。通过搭建管道振动控制实验平台，其结果验证了仿真的可靠性。结果表明：颗粒直径为6 mm时内置栅格颗粒阻尼器减振效果较好；分别填充6 mm的不锈钢、氧化锆与铝合金颗粒时，发现填充不锈钢颗粒减振效果最好；颗粒填充率90%时，内置栅格颗粒阻尼器在管道二、三阶模态频率下分别减振53%、54%。对比分析内置栅格与无栅格颗粒阻尼器的耗能机理，发现内置栅格阻尼器中颗粒速度矢量更具规律性，且颗粒的动能、耗能量及其碰撞次数更多，验证了内置栅格颗粒阻尼器在较大激励时具有更优的减振效果。为排除阻尼器自身质量对减振效果影响，采取等质量对照以验证颗粒减振效果的有效性。

超导磁浮轴承具有无接触、能耗低、寿命长等优势，已被应用于飞轮储能、运输车辆等机械系统中，全超导磁浮轴承产生的背景磁场远高于传统磁体的磁场等级，由此导致的动态稳定性问题更为显著，需要针对全超导磁浮轴承的动态稳定性的影响因素和作用规律展开深入研究。通过建立的高温超导磁浮轴承的电磁-热-力耦合的振动模型，介绍了提升背景磁场与悬浮能力的优化结构，研究了全超导磁浮轴承、混合定子磁浮轴承以及转子参数优化后混合定子磁浮轴承的振动响应，分析了在自由振动、简谐与脉冲典型激励下轴承系统的悬浮力-位移关系、内部温升、固有频率等动态参数的变化情况，探讨了外界激励对系统稳定性的影响规律，为全超导混合定子磁浮轴承的应用奠定了理论基础。

提出了一种预测填充泡沫全复合蜂窝芯层三明治结构(Foam-filled all-composite honeycomb-core sandwich panels, FF-ACHCSP)非线性阻尼特性理论模型。首先将Reddy高阶剪切变形理论和哈密顿原理结合，建立了结构的理论框架。然后利用有限元的方法，求解了FF-ACHCSP结构的能量方程，同时利用复模量法对非线性阻尼进行表达。最终，整理得到一套完整的理论模型，对FF-ACHCSP结构的固有频率，模态振型，模态阻尼比和频率响应曲线进行求解。为验证理论模型的准确性，研究搭建了振动测试系统，并制备了实验件，对实验件进行振动测试，二者结果吻合良好，证明了理论模型的准确性。最后，为对结构进一步优化，探究了填料密度，蜂窝单元壁厚和壁宽对FF-ACHCSP结构阻尼特性的影响。所提出的理论模型可准确预测FF-ACHCSP结构的阻尼特性，为此种结构的实际应用提供指导性建议。

随着生成式人工智能技术的不断发展，面向垂直领域的人工智能生成设计成为新的范式，其中人类-人工智能组队工作中的信任关系对设计结果的创新性、效率与质量有重要影响。然而，当前相关研究缺少完整、系统的讨论。因此为了明确人智协同设计中信任关系相关研究的趋势、热点和方法，从信任的研究发展出发，通过对文献的聚类和分析，定义了信任的影响因素；立足设计领域，构建人智协同设计信任层次模型，系统探讨技术、交互与体验等三个方面的研究内容与体系结构，总结了信任测量、校准、修复、决策与评价的关键技术。从理论、方法、技术、系统和实践五个方面，提出人智协同信任的研究趋势和展望，为未来相关研究提供参考。

在当前海量且庞杂的机电产品数据环境中，面对专业背景、设计经验等个性化特征，设计知识无法有效支持研发人员开展相关产品全生命周期绿色设计。针对该问题，提出了基于人员动态特征的绿色设计知识主动推送方法。首先，构建了一个基于机电产品全生命周期绿色性能指标和研发人员特征的绿色设计知识情境模型，该模型为后续的知识推送提供了数据基础。其次，在本模型基础上，进一步分析了研发人员在设计流程中的动态特征，通过匹配人员的动态特征和绿色设计知识的利用率、时间、相似度等变量，提出了基于动态特征的知识关联和主动推送方法，确保设计人员根据自己的需求获得最佳的绿色设计知识支持。最后，以某XGA型号高空作业车为例，针对研发人员特征中的设计人员、设计知识、时间信息等动态特征，结合绿色设计知识推送使能工具，有效分析并推送两个设计人员的知识集合，支撑该产品的轻量化、绿色化等绿色研发流程，验证了本方法的有效性。

考虑电驱动系统机械、电气与控制参数之间复杂的耦合关系，同时针对多变的运行工况和多方位的性能需求，提出了一种电驱动系统“机-电-控”参数协同优化设计方法。首先，基于永磁同步电机的降阶模型，建立了电机功率损耗计算模型，并结合齿轮传动系统功率损耗模型构建了电驱动系统功率损耗计算模型，进而，考虑汽车的实际行驶工况，建立了电驱动系统行驶工况综合损耗评估方法。随后，采用集中参数法建立了电驱动系统的动力学模型，以获取电驱动系统的动力学特性，并综合电机定子齿所受的径向力，实现对电驱动系统动态性能的全面评估。最后，以电驱动系统的总质量、循环行驶工况下的总能量损耗、转矩波动以及电机径向电磁力脉动作为综合优化目标，实现了机械、电气和控制三类参数的动态同步寻优。本文所提优化方法，其优化过程优化套优化，实现了机械、电气、控制参数的协同优化，为高性能电驱动系统提供了设计理论与方法。

针对多材料内填充结构设计问题，基于有序SIMP方法提出了一种蒙皮-多材料内填充结构拓扑优化设计框架。首先，通过两个引入特殊的Heaviside投影函数实现空/实体材料域的识别，在此基础上通过两步滤波和投影，有效实现外部蒙皮和内部填充域的分离。然后，在有序SIMP框架下，通过将内填充域与分段Heaviside投影得到的多材料分布场相乘，得到多材料内填充域的材料分布。利用基于PDE过滤和标准Heaviside投影，可以有效实现外部蒙皮厚度的定量设计。所提设计方法都是基于常用的过滤和投影手段，算法实现较为容易，鲁棒性较好。同时，所提设计方法，继承了有序SIMP方法的优点，具有很高的计算效率和稳定的迭代性能。最后，通过考虑不同蒙皮厚度和不同设计参数的设计算例，验证了方法的有效性。优化结果表明，所提设计方法可有效实现蒙皮-多材料内填充结构的设计，同时设计结果也表明在蒙皮-多材料内填充结构相较于单材料内填充结构具有很大优势。

电子枪的标定精度直接影响电子束选区熔化的成型精度。针对传统手动标定方法在精度和可靠性方面的不足，提出了一种基于圆孔均值估计模型的自动标定方法，并分析了不同圆孔半径下该模型的估计误差，计算了不同束斑直径、束斑长短轴差、束斑长轴偏角及线距条件下的电子枪偏转电压的标定误差，设计了电子枪偏转电压自动标定实验并验证了该方法的可靠性及标定精度。实验结果表明，相较于手动标定，所提出的自动标定方法使X方向扫描轨迹直线度误差从0.398 3 mm降低至0.115 4 mm，Y方向扫描轨迹直线度误差从0.581 8 mm降低至0.095 1 mm，自动标定误差总体降幅超过60%，验证了该方法较于手动标定方法，具有更高的可靠性和标定精度。

提出一种面向三维织造复合材料预制体织造过程的主动送纱方式，完成了主动送纱系统的结构设计和装置搭建，分析了纱线主动输送过程中张力的产生原理，利用误差比例补偿的方法控制理论和实际的纱线输送长度保持稳定；通过试验响应面优化法探究了织造速度、挤出压力和速度配比对张力的耦合作用，并利用二阶多项式进行拟合，实现织造过程中的张力稳定控制；以织造张力变化率为优化目标求解模型的最优参数。结果表明，利用误差比例补偿后纱线输送误差明显减少，均在0.3 mm以内，平均误差降至0.49%，主动送纱系统的挤出压力与速度配比对织造后纱线张力变化率呈现耦合影响，通过响应面试验和回归模型控制柔性导向三维织造主动送纱系统的张力波动范围不超过10%。

针对脑胶质瘤放射治疗存在药物剂量难以调控、放疗剂量分布不均、单一治疗效果不佳以及重复手术风险较高等问题，设计一种可以实现病灶全覆盖辐照的新型脑胶质瘤放化疗微腔囊。首先，采用蒙特卡洛仿真软件GEANT4，计算脑胶质瘤微腔囊在水模体中的放疗剂量分布，分析不同角度下的径向剂量和各向异性，并研究微腔囊的三维剂量分布，探索其剂量学特性。然后，通过有限元仿真对微腔囊结构的动态响应进行分析，以评估其临床应用的可行性和安全性。最后，使用LiF热释光剂量计对微腔囊在水模体中的放疗剂量分布进行测量与验证。蒙特卡洛剂量分布仿真结果显示，微腔囊表面吸收剂量率较高，随着径向距离的增加，吸收剂量率沿各方向迅速衰减，同时因自身形状影响，吸收剂量率呈现螺旋型分布。有限元仿真结果表明，植入颅内的微腔囊所受的最大应力和最大位移随总的生理载荷呈周期性波动，在一个周期内，最大应力为0.422 MPa，最大位移为0.272 mm；当最大应力小于6 MPa时，其形变小于自身长度的15%，其结构设计符合颅内辐照的安全要求。实验验证结果表明，仿真模拟与实际测量数据之间具有良好的一致性，该微腔囊能够持续稳定地提供低剂量照射，从而实现局部高剂量的放射治疗效果。

微透镜阵列元件因其特有的光束整形、均分、扩散和微聚焦等多种功能，被广泛应用于红外探测、光电感知等先进成像系统中。其元件批量化制造多采用注塑和模压工艺将模具表面的微细结构精确复制到元件表面。由于超精密切削制得的模具表面存在刀纹等缺陷限制了元件性能的进一步提升，需要后续抛光处理。针对目前微透镜阵列抛光技术难以兼顾面形精度与表面质量的技术难题，提出了一种用于微透镜阵列模具的剪切增稠非接触保形抛光方法，设计了面向球面模具全口径抛光工具，分析了抛光过程中模具流体动压力和滑移速度的分布，研究了针对Ni-P合金材质微透镜阵列结构的抛光性能。结果表明，提出的剪切增稠保形抛光对微透镜阵列结构具有优异的抛光性能。抛光后，微透镜阵列表面的刀纹等缺陷得到了显著去除，高频误差得到了显著降低，彩虹纹现象得到了显著抑制；模具表面粗糙度由初始的2.01 nm Sa下降至1.07 nm Sa，抛光前后面形精度变化小于25 nm。

高精度柔性透明电路作为柔性微纳电子、光电子等产品的重要组成部分，在5G/6G柔性透明天线、可穿戴设备、透明电加热膜、柔性透明电子等领域有着非常广泛的应用。然而兼顾高分辨率、高光电性能与机械性能的高精度电路(尤其是铜基电路)的室温高效、低成本、柔性制造是当前亟待解决的难题，提出了一种结合电场驱动微3D打印和湿法刻蚀增减材复合制造高精度铜基柔性透明电路的新方法，其不仅完成了高分辨率、高精度抗蚀掩模的低成本灵活打印，而且通过快速刻蚀工艺实现了超微细电路线宽的进一步缩小；阐述了基本成形原理和关键技术实现，通过实验揭示了主要工艺参数对制造微细铜电路精度、形貌以及性能的影响和规律；研究了刻蚀速度影响规律，探讨了刻蚀过程中的两个阶段(速刻和侧刻)的可控性，对侧刻过程进行精确调控；结合优化的打印参数，以及对侧刻速度的精确调控，实现了最小线宽2.4 μm，最小线间距4 μm的高精度(高密度)铜基柔性透明电路的制造。制造的典型样件电阻率4×10^-6 Ω·cm，在透光率高达87.65%(550 nm波长，包含基底)时，方阻3.58 Ω/sq，同时具有优异的机械稳定性和电加热性能。制备的高密度柔性透明叉指电极具有优异灵敏度，在100～10 000 Hz频率下能检测出最低仅为1 nmol/L的稀硫酸溶液浓度变化。本文提出的方法为高效低成本制造高精度铜基柔性透明电路提供了一种全新的解决方案，显示出良好的工业化应用前景。

为探究超声椭圆振动铣削(Elliptical ultrasonic vibration milling, EUAM)改善GH4169亚表层力学性能的内在机理，开展了EUVM和传统铣削(Conventional milling, CM)实验，研究了不同加工参数下的切削特性；通过材料表征技术，分析了不同加工参数下的亚表层材料显微组织变化特征，揭示了加工工艺对亚表层力学性能的影响机制。结果表明，在湿式切削条件下，EUVM的切削力整体高于CM，增幅最高可达16.76%；另外，相似的切削力峰值位置表明影响切削力的决定性因素为切削参数，而非振动参数。EUVM条件下的加工表面具有均匀排列的波形微织构形貌，粗糙度相对较大，Ra最高为0.781 μm。EUVM的冲击和速度效应促进了亚表层材料的位错运动和交互，提高了位错密度和小角度晶界占比。相比CM，EUVM条件下的材料组织变化使表面加工硬化程度最大提高48.4%，表面残余压应力最大可增加76.98%。然而，工艺水平的提高会导致两种加工方式的位错密度差异减小，切削速度的增加弱化了超声振动切削效应。研究成果可为GH4169抗疲劳制造技术提供进一步的指导和参考。

精密物理实验、航空航天工程等高精尖科技与工业领域对复杂曲面零件有重要需求。其中有一类零件，多设计为局部曲率突变、非均匀低频起伏轮廓急变等非回转对称特征，慢刀伺服车削是实现其表面创成的有效手段。然而，由于非回转对称复杂曲面在常规精度容限范围内的可忽略因素敏感度高，致使细微工艺差别对加工精度的影响不可忽略，因而全面域一致性加工精度难以保证。为解决非回转对称复杂曲面慢刀伺服车削加工质量控制难题，提出一种复杂曲面车削刀具轨迹轮廓偏差一致性控制方法。构建非回转对称复杂曲面的法向等距偏置面作为刀具轨迹规划目标面，并基于此生成PVT插补的离散化刀具轨迹，开发PVT插补偏差约束的刀位点局部疏密化处理策略，提出虑及相邻点间轮廓偏差一致性的刀位点迭代优化调整方法。以核主泵密封圈抽象出的旋转波纹面为典型样件开展加工验证实验，结果表明，利用所提方法加工的试验件相比常规等参数法，轮廓度偏差降低32.61%、均方根轮廓度偏差降低36.36%、表面粗糙度降低28.03%，显著提升复杂曲面慢刀伺服车削的加工精度和表面质量。

在航空航天、汽车制造及海运等领域中，粘接技术因其具有结构轻便、设计灵活、制造简单等技术优势，在铝合金、钛合金等轻金属的连接中得到广泛应用。利用电化学方法对铝合金表面进行预处理，以期获得更好粘接性能。系统研究了铝合金在不同溶液中的腐蚀特性，并进一步分析了不同电流参数对铝合金表面微观形貌及其胶接性能影响。结果表明，在NaNO₃溶液中，铝合金表面易生成疏松腐蚀层，致使其胶接强度大幅降低；而在NaCl溶液中，氯离子加速铝合金表面初始氧化膜去除，形成更为致密的新氧化层，其粗糙的微观形貌有利于增强胶接强度。特别是在5 A电流条件下，处理后的表面粗糙度达到最高值，相比未处理表面，其胶接接头的最大拉伸载荷也提升了一倍以上。此外，本研究还使用离散元方法模拟了5 A条件下，电化学预处理的粘胶接头拉伸过程中裂纹萌生及扩展过程，揭示了粘胶接头由界面失效转变为混合失效的断裂机制。最终，基于实验与仿真结果，建立了铝合金表面电化学毛化处理胶接接头的断裂机理模型。本研究为实现铝合金表面高效预处理及其高性能粘接提供一种有效的新方法。

采用铣削和钻削两种工艺方法，对Al/AFRP(Aramid fiber reinforced polymer，AFRP)和Al/碳纤维复合材料(Carbon fiber reinforced polymer，CFRP)共固化材料进行了制孔试验，研究了工艺参数对制孔质量和表面缺陷的影响，并结合切削力进行了机理分析。通过比较两种共固化材料的切削性能，以揭示不同加工方式下纤维材料断裂方式和表面创成机理的不同。试验结果发现，铣削过程中的轴向力较为分散，能够减少碳纤维复合材料制孔过程中的分层损伤、基体剥离等缺陷，对切屑的破碎效果较好，减少了孔壁剐蹭现象，因此更适用于Al/CFRP共固化材料的加工；在钻头加工条件下，切削过程从钻尖开始，材料去除范围更加集中，能够减少芳纶复合材料加工过程中的毛刺堆积缺陷，孔口质量提高了30 %，因此使用钻头加工Al/AFRP共固化材料的效果较好。研究结果表明，在进给速度为20 mm/min条件下，Al/FRP共固化材料的切削力平均降低67.25 %。特别地，最大降幅出现在铣刀加工Al/AFRP共固化材料，达到76 %。本研究揭示了不同材料切削机理的差异，为新型共固化材料的加工提供了理论基础，同时拓宽了复合材料的应用范围。