将可靠性优化设计理论与可靠性灵敏度分析方法相结合,讨论了机械零部件稳健优化设计的问题.系统地推导了基于鞍点逼近的可靠性灵敏度公式,并把可靠性灵敏度计算结果融入可靠性稳健优化设计模型之中,将可靠性稳健优化设计归结为满足可靠性要求的多目标优化问题.在基本随机参数概率分布已知的前提下,应用鞍点逼近技术,得到极限状态函数的分布函数与概率密度函数,并且将此结果应用到机械零部件的可靠性灵敏度分析中,进而实现了机械零部件的可靠性稳健优化设计.通过与Monte-Carlo方法计算所得的结果相比可知,应用鞍点逼近技术可以迅速、准确地得到机械零部件可靠性稳健设计信息．

为了定量分析在疲劳载荷作用下梁在不同寿命期内刚度的可靠性,建立梁结构物理性能退化的精确公式就十分重要.依据疲劳载荷造成的累积损伤对材料极限应力的影响,基于材料剩余强度模型,利用材料强度与弹性模量之间的关系,推导出结构弹性模量的退化表达式,并在此基础上,提出梁弹性模量退化系数的递推表达式,推导出圆截面梁剩余抗弯刚度的表达式.在对结构可靠性分析时,概率可靠性模型和模糊可靠性模型对于原始数据信息要求较高.为了充分利用结构的不确定性信息弥补原始数据的不足,将梁的初始弹性模量及所受的疲劳载荷等看作区间变量,利用区间模型建立基于刚度退化的梁刚度动态非概率可靠性模型.最后,结合工程实例的计算表明了该方法对梁的刚度退化分析及其刚度动态可靠性分析是可行、有效和合理的.

高速动平衡机摆架的动力学特性直接影响到动平衡试验的准确性.为了改善动平衡机摆架的动力学特性,分析了动主刚度杆对平衡机摆架动刚度的影响.首先,使用有限元分析软件ANSYS建立高速动平衡机摆架模型,对其进行模态分析，得到动平衡机摆架的各阶频率和振型,除去对动平衡机摆架工作无影响的固有振型.对不同结构的摆架进行模态分析,比较计算结构,除去对动平衡机摆架固有频率没影响的结构.其次,在简化模型的基础上,提出摆架主刚度杆的5种改进方法.分别对各种改进之后的摆架进行谐响应分析,得到动刚度与频率关系曲线.结果表明,适当改变主刚度杆的结构尺寸或材料特性,都会改变摆架的动刚度.因此,在设计的过程中,可以通过适当改变主刚度杆的结构尺寸和材料特性来满足动平衡机摆架的设计要求.此方法具有较好的工程实际价值,为工程应用提供分析方法和改进参考.

对绝缘子各部分的应力求解能够清楚地了解到绝缘子的结构性能,优化它的各部分形状对于降低高压输电线路的工程造价具有重要的意义.根据盘形悬式瓷绝缘子轴对称结构的特点以及轴向拉伸载荷的性质,将其转换为二维问题,利用有限元分析软件ANSYS,对其进行静力分析,并在此基础上提取结果建立优化参数,以钢脚的体积作为目标函数对绝缘子进行尺寸优化设计.结果显示每一设计参数以及钢脚的体积都有适量的减小,通过计算得到每只钢脚节约的钢材使用量为25.12 g.因此,对绝缘子进行分析和优化具有很重要的意义,不仅验证了结构的合理性,同时也使得钢脚的体积减小,为企业节省了可观的原材料,取得很好的经济效益.

为了研究啮合位置、载荷、转速等因素对滤波减速器润滑特性的影响, 建立了滤波减速器的内啮合润滑模型,将牛顿(有限元)法应用到弹流润滑方程组的求解中,利用Matlab软件，采用数值计算方法,实现了弹流润滑方程组的完全数值解,得到了滤波减速器轮齿在不同啮合位置、不同载荷以及不同转速下啮合轮齿表面油膜压力和油膜厚度值,分析了不同啮合位置、不同载荷以及不同转速下轮齿所处的润滑状态,得到了啮合位置、载荷以及转速等因素对轮齿润滑特性的影响规律.结果表明：在轮齿的啮入、啮出及节点处,润滑薄膜厚度值不一样,节点处的润滑膜厚值最小；载荷增大时,轮齿表面油膜压力会变大,而油膜厚度会变小；转速增高时,油膜厚度会变大,而油膜压力变化不大.

研究了水冷式散热方法对半导体冰箱制冷性能的提高.以常用的半导体小冰箱为实例,分别测试了在风冷、循环水和恒温水条件下小冰箱的制冷性能.结果表明,水冷制冷效果明显优于传统风冷式,且其制冷性能与冷却水的温度有关.水温越低,半导体制冷器的制冷效率越高,制冷温度越低.当冷却水温度为171 ℃时,水冷半导体小冰箱很快达到冷冻.建立了水冷式半导体冰箱的制冷模型,计算分析了在不同恒定冷却水温度下半导体制冷器冷端温度随时间的变化关系,并将理论结果与实验测量结果进行了拟合分析,发现理论模型与实验测量结果一致.研究结果为水冷式半导体冰箱制冷性能的提高提供了实验和理论依据.

针对液体黏性软启动装置的工作特点,要求输出轴传动力矩和输出转速变化范围较大,轴变形应该保持在较小范围内,输出轴的性能对液体黏性软启动装置正常工作有重要影响,需要对输出轴的结构作进一步分析.通过建立液体黏性软启动装置输出轴的Pro/E三维模型,采用有限元软件ANSYS Workbench对启动装置的输出轴进行有限元分析,确定输出轴的变形和应力状况,计算输出轴的模态和疲劳损伤.仿真结果表明：输出轴损伤最大部位位于较粗轴端键槽一侧.提出了一些改进措施,为液体黏性软启动装置输出轴的结构设计和疲劳寿命估算提供参考依据.

将自然界分枝系统形态自适应成长机理应用于板壳结构加强筋分布设计中,深入讨论板壳结构加强筋分布设计技术.应用ANSYS APDL二次开发语言进行编程,使提出的设计原理方便地应用于实际工程设计.整个应用程序包含前处理、优化迭代及后处理三个模块.前处理模块建立设计对象的基结构,基结构由基本板壳结构和初始加强筋组成.基本板壳结构可采用ANSYS中的建模模块创建或直接导入由其他CAE软件建立的几何模型,而初始加强筋由基本板壳结构上的节点连接而成的梁单元构成.优化迭代模块包含“选种”、灵敏度分析、分歧/成长/退化等功能.采用变量扰动法,基于ANSYS有限元分析模块计算活动加强筋的近似灵敏度.根据自然界分枝系统形态形成机理进行加强筋的分歧/成长/退化.最后由后处理模块输出设计结果.以若干典型的设计案例说明所提出方法的有效性,并通过与ANSYS的结构拓扑优化设计模块的设计结果比较说明了所提出方法的可行性．

为解决非线性系统辨识多音激励信号的设计问题,提出了一种多音激励信号的设计方法.该方法首先研究了多音激励下Volterra核的频域输出特性,推导出了前3阶Volterra核的频域输出的计算公式,进而采用全局搜索法搜索最优频率分量,使非线性系统在多音信号激励下,各阶核的频域输出分量互不重合,从而达到系统可辨识的条件.对一非线性电路,采用所设计的激励信号,可辨识出该电路的前3阶Volterra频域核,验证了该方法的有效性.

为提高森林消防泵的使用性能和开发速度,针对其低流量、高扬程、高转速的专业特点,设计了森林消防泵性能测试系统.该测试系统采用开式试验装置,由工控机、数据采集模块和水泵试验台组成,通过交流电力测功机反拖提供系统动力,带动森林消防泵工作,并将试验数据传输到工控机进行处理.最后以研制的新型BJL5C森林消防泵为例进行试验,结果表明系统稳定可靠.该测试系统实现了自动化测试,且精度高、转速高、传输速率高,符合国家标准规范,能够满足森林消防泵的测试要求,对该类型森林消防泵的研究和改进提供指导依据.

为了提高直线传动机构运动精度,提出了一种基于钢带传动的位置反馈方法,并设计了单带轮位置反馈机构.通过建模及理论分析,该机构与常用的钢带传动机构相比,在带轮最大转角固定的情况下,具有带轮半径小、体积小、质量轻等优点,在传动系统结构总体设计的合理性及制造成本方面具有显著优势.实验结果表明,直线运动部件行程为109.9 mm时,直线运动部件最大位移误差为0.006 mm,满足使用要求.该机构结构紧凑、设计简单,可在各种仪器中广泛使用.

随着空间机器人技术的进步,空间机器人将用于对空间漂浮目标的包络和抓捕.为了协助空间机器人完成对漂浮目标的捕获任务,研制了一种空间三指形手爪.利用单双手指、V形槽和捕获接口等机械元件,使得机器人可以对大范围位姿不确定的目标实现高精度的对接捕获.研制的蜗轮蜗杆、轴承、密封等机构具备空间环境适应性.在试验中,手爪在较大位姿偏移情况下捕获目标并锁紧在唯一位姿下.因此手爪具有较高的精度并且适应高低温度变化,具备了在空间环境中工作并抓捕对接目标的能力.

为了降低现代大容量火力发电机组蒸汽管道的投资成本与运行过程中的压力损失,提出了锅炉与汽轮机采用等高布置的设计理念,即在火电机组的设计建设过程中,尽可能保证锅炉的过热器出口、再热器进出口的标高与汽轮机蒸汽出入口的标高相同.采用该种布置方式,在地形起伏较大的地区,可以依地势的高低把锅炉建在低处,而汽轮机则安装在高处,因此该等高设计理念可以用来指导电厂的选址.如果是在平原地带,则可以采用锅炉下沉的布置方式来缩短蒸汽管道长度,尽管增加了土建开挖的能耗,但是却减少了输煤的能耗,估算表明,锅炉运行5 a(年)左右两者的能量即可达到平衡.锅炉下沉的布置方式还带来了其他的一些优点,比如降低电厂噪音等.

巷道特征与锚杆支护之间可以看作是一种非线性映射关系,用一般的数学方法难以表达巷道支护方案与其影响因素之间的非线性映射关系.神经网络已广泛应用于锚杆支护方案优选,并取得较好的效果.基于单一神经网络预测锚杆支护方案存在一些不足,构建了主成分分析与BP网络相结合的巷道锚杆支护方案优选模型.利用主成分分析对神经网络的输入数据进行预处理,使输入数据减少且不相关,加快网络的收敛速度,并且预测精度均在90%以上.研究结果表明:将主成分分析与BP神经网络结合优选巷道的锚杆支护方案,具有很高的预测精度;与单一BP神经网络相比,提高了预测精度．

为了使折叠自行车既骑行舒适又易携带,对车架、链盒等主要部件进行受力分析及优化设计.设计出的N-bike自行车,经过5次完成折叠,体积为0.03 m³,质量为5.4 kg,车架为“N”字型形状,根据人机工程学原理设计,布局合理.N-bike骑行更舒适,传动更省力,实用性强,外形动感时尚,更适合作为城市便捷的代步工具．