针对产品在激烈的市场竞争中取得成功必须符合用户需求且具有创新性的现状,基于对用户需求和创新策略的系统分析,提出了一种基于QFD和SIT的产品创新设计方法.该方法通过挖掘目标产品的顾客需求,借助QFD质量屋分析顾客需求并获得技术特征间的关系,针对负相关应用SIT理论进行创造性求解,从而快速地获得相应的技术解决途径和方案.通过铁路钢轨拔道器的设计示例,验证了该方法和流程的有效性.

TRIZ理论中的ARIZ算法主要用于解决复杂问题,ARIZ集成了TRIZ的多个工具,给出了从问题分析到方案解评价的整个流程.采煤机截割滚筒的节能方案设计是滚筒采煤机设计者的主要研究方向之一.介绍了滚筒采煤机工作原理和截煤、装煤过程，指出截割滚筒工作过程中存在能耗大的问题.通过Pro/InnovatorTM50软件对能耗问题分析发现,采煤机截割滚筒能耗大的原因是在截煤时形成月牙形截割体,在月牙尖处截齿对煤的截割过度破碎,同时底部的月牙尖处由于滚筒的转动方向与进给方向不一致,容易引起煤壁与截齿的接触摩擦,连同其他部分的能量损失,占有截割功率很大的比例.查询技术创新知识库结果只有类比方案.按照ARIZ流程,逐步实施9个关键步骤,最终通过派生资源的发掘形成了有效的节能方案，即采用中间剖分的立式截割滚筒、平行于层理方向截割煤层及将调高油缸设置在截割滚筒内部.采煤机截割滚筒节能方案设计过程证明了ARIZ在解决复杂工程问题的有效性.

为实现利用机器鱼进行自主水下生态环境监测、资源勘查和军事侦察等目标,选择了集高效性、高机动性和高稳定性于一体的鲫鱼作为仿生对象.基于鲫鱼形态、骨骼结构和运动学的研究基础,运用仿生学工程原理,开发了高性能的仿生机器鲫鱼模型.详细分析了仿生鲫鱼的设计原理,给出仿生鲫鱼的运动学方程,实验揭示了仿生鲫鱼频率、波幅、波长和相邻关节间的相位差等运动学参数对游动速度的影响规律.通过研究发现：仿生鲫鱼能够有效地在水中游动,游动速度随频率的增加而增加,到频率为1.58 Hz左右的时候,游速达到最大值0.48 BL/s,随后随频率的增加游速反而降低.随着波幅的增大,机器鲫鱼的游动速度明显增加，当波幅达到6.3 cm时,游速达到最大值0.43 BL/s,但之后游速反而略有下降.实验范围内,波长对推进速度的影响基本上是随波长增加而增加.游动速度一开始随相邻关节相位差的增大而增加,到相邻关节相位差为78°左右的时候,游速达到最大值0.35 BL/s,随后游速反而下降.研究结果可为今后研制高性能的仿生水下推进器提供理论和实验方法上的参考.

为了实现圆形堆取料机取料梁的轻量化设计,采用渐进结构优化方法(ESO)研究取料梁腹板的拓扑优化问题.在有限元软件ANSYS平台上利用其APDL语言进行二次开发实现了基于应力水平的渐进结构优化法，并结合使用灵敏度再分配技术控制棋盘格式,使各单元对结构性能的贡献或影响实现平滑过渡.最后获得了较清晰的取料梁腹板拓扑优化构形,为实现取料梁下一步设计及优化提供参考模型.

应用摄动分析理论,论述了钢坯吊具主连杆结构的可靠性问题．在不确定变量分布形式未知情况下,利用Edgeworth级数,将任意分布的随机变量转化为标准的正态分布形式,建立其分布函数,结合摄动分析方法计算标准化正态变量及结构失效状态函数的均值和方差,得到结构的可靠度指标,可用于描述结构的可靠性程度．以可靠度指标为约束构建优化模型,计算满足要求的可靠度情况下的变量最优组合．根据钢坯吊具主连杆优化结果,验证了文中方法能够满足工程需求．

提出一种新型大行程磁悬浮直线精密运动平台,为了解其各种工况下的固有频率和振型,从而指导磁浮平台的结构设计及控制器设计,运用有限元软件建立其三维有限元模型,对磁浮平台各部件及整个平台处于不同工况、不同状态下的模态进行深入探讨,揭示磁浮平台在各种工况下模态的变化规律.结果表明,平台薄弱部分或可能影响运行精度的区域在电磁铁支撑上,平台处于悬浮时刚度最低,悬浮体的运动位置对平台整体模态基本无影响,电磁铁支撑刚度需要控制在合理范围内.分析结果为结构优化提供了重要参考.

根据相关实验数据,应用商用CFD软件Fluent对Stansted均质阀、射流均质阀、倒Z环均质阀内部流场的压力和速度等参数进行数值模拟研究.结果表明：任何一种均质阀流场内,压力骤减均发生在流道最窄处的始端附近,在流道最窄段均质压力沿流道释放；压力梯度不能唯一决定均质破碎效果；在流道最窄段的始端位置,速度变化与压力骤变明显对应,在其它位置,速度变化主要与流道结构以及固壁影响有关；复杂的固壁边界,引起流动的剧烈变化,增强剪切、撞击等作用,有利于均质作用的微细化效果.

电子设备因散热需要,其腔体表面会存在大量孔缝,而孔缝又是造成电磁泄露的重要途径,其中更以缝隙的影响最为严重．由此,以带缝隙的金属矩形腔体为对象,应用时域传输线矩阵法(transmission-line matrix method,TLM),研究了平面波的极化方式及入射角,缝隙的长度、数量、位置、间距及方位等对腔体屏蔽特性的影响,得到了影响腔体屏蔽特性的主要因素．其中,平面波的极化方式、缝隙的长度和方位会对腔体的屏蔽效能和谐振点产生显著的影响,在屏蔽设计中,应尽量避免干扰源的电场方向与缝隙长边垂直及缝隙过长．

针对永磁轴流式血泵大间隙磁力传动系统,提出了单磁极切换和双磁极切换两种产生驱动磁场的方法；基于ANSYS有限元分析软件仿真分析了磁场的耦合机理,计算比较了2种磁场驱动下系统的驱动力矩；通过轴流式血泵负载实验,利用大间隙磁力传动系统能量传递效率及电磁体损耗的数学模型,计算并比较了2种磁场驱动下系统磁力传动部分的能量传递效率及电磁体损耗情况．结果表明2种磁场均能实现永磁转子在高频、高速时平稳运转,根据比较结果,选用双磁极切换方式作为系统驱动磁场的产生方法．

针对高速运动体缓冲制动的特点设计了一种直线型涡流缓冲装置．该装置利用涡流产生的阻尼力,对高速运动体进行非粘着制动．[JP2]推导了缓冲力的理论计算公式,将理论计算结果同有限元计算结果进行对比,验证了理论公式的可用性．在缓冲装置中,采用Halbach阵列代替常规永磁体阵列,并对缓冲效果进行对比计算,表明采用Halbach阵列的涡流缓冲装置缓冲性能更优．该装置可有效避免常规缓冲制动过程中发生的物体接触、碰撞和磨损．

空化是影响液流机械使用寿命与性能的主要因素之一.提出一种主动超声探测方法,该方法通过透射方式对空化区域或其附近发射高频超声波,流体的运动会对其中传播的超声波产生影响,流体运动信息调制到超声载波上,通过对已调超声信号的解调,得到流场相关信息.以不同状态下的轴流泵空化流场实验数据为依据,结合高速摄像验证手段,建立基于支持向量机的SVM模式识别分类,实现对螺旋桨空化的主动超声监测.该方法可以较精确地探测到空化初生阶段,及时提供早期的空化状态报警,避免空化进一步发展.

为检测强噪声背景下轧机的转子和齿轮故障,给出了一种Duffing方程检测微弱信号的算法.设计加入待检信号后的混沌振子方程,检测出转子发生早期碰摩以及齿轮偏心和单齿缺陷故障.故障诊断实验可以证明利用Duffing振子的间歇混沌现象对强噪声背景中轧机故障的微弱特征信号进行检测的有效性,与相关函数法比较,证明此方法的优越性.

首先介绍了胶囊微机电无线电能传输系统的原理和系统的基本构成,然后设计了以松耦合变压器为基础的无线电能供给系统,采用互相正交的二维线圈来接收能量并进行试验研究.结果表明：不管体内微机电系统处在何种位置和姿态,都可以有效接收能量,特别在初级绕组窗口宽度内,次级绕组接收能量可以高达110~240 mW．最后研制了胶囊微机电无线能量传输系统样机,可以成功驱动胶囊微机电系统工作,表明了该胶囊无线电能传输系统设计是可行的．

特性列举法作为非常有效的创造技法之一,在目前的产品设计中并没有被深入发掘与利用．针对特性分析表面化的现象,分别对产品的3种特性进行了详细归类与深入分析,在名词属性中强调细节以及相关度,把形容词属性细分为性质属性与状态属性,动词属性分为使用功能与使用动作.以立式空调为对象,围绕其3种特性进行设计分析与设计展开,使设计在造型、结构、操作方式以及人机交互等方面的创新效率得到提高,同时明确了特性列举法的使用方法和使用重点,展现了该方法在产品创新设计中的有效性．

为了确保搅拌系统的稳定悬垂搅拌轴的轴偏角控制在一定范围内, 可通过调整轴承间距来实现．根据轴偏角主要是由搅拌轴弯矩及轴承游隙引起的,推导出轴承间距与轴径比值和轴偏角的无量纲关系式，从而得出关系曲线．综合分析关系曲线得出轴承间距不宜过长或过短,它的合理范围一般是轴径的25～55倍．对于各种不同许用切应力的搅拌轴在确定轴径后所对应的轴承间距具体合理范围,可在研究所得的关系曲线图上查得．研究结果为搅拌轴设计中合理选择轴承间距提供了重要理论依据．