为解决机械产品突破性创新设计概念产生的问题，将发明问题解决理论（TRIZ）应用于新产品开发的模糊前端阶段．基于耗散结构理论分析了产品突破性创新的时机；在建立产品技术系统主功能物质场模型的基础上，提出了机械产品突破性创新的方法；基于技术进化理论对实现产品主功能的技术子系统进行技术预测，分析突破性创新的技术机会，并应用计算机辅助创新软件工具产生突破性创新设想；综合上述分析建立了面向成熟期产品突破性创新设计模糊前端阶段过程模型．应用该过程模型对快速切断阀进行创新设计，验证了所提方法的有效性．

基于传统FMEA在失效问题分析与解决方面的不足，提出了一种集成鱼骨图、FMEA和进化法则的创新设计方法．利用鱼骨图层次化分析辅助FMEA全面挖掘可能发生的失效模式，按照FMEA的规范表达分析失效模式并确定风险优先指数RPN，然后运用进化法则针对失效问题进行有效的解决，提高了解决问题的效率．最后通过铁路减振的示例验证了该集成方法的可行性．

为了对红外干涉型光谱分析仪采集得到的干涉条纹进行分析，准确地反演相应的光谱分布函数，设计了基于迈克尔逊干涉结构的光谱分析算法，并通过VC++完成了对应的光谱分析软件．实验对830，940，1 064 nm三个常用近红外波长进行测试，分别与FTIR500型光谱仪的检测数据和MATLAB仿真数据进行对比．实验结果显示，本算法获得的光谱数据在主波长位置选择以及幅值探测上与FTIR500型光谱仪相近，而在噪声、杂波抑制方面优于FTIR500型光谱仪．数据处理速度略低于MATLAB，但光谱分布函数信噪比要高于MATLAB的数据处理结果，证明本系统具有一定的优越性．

为了研究载荷多次作用时，机械零部件的可靠度及可靠性灵敏度变化规律，从灵敏度角度修改零件的设计参数，降低制造成本，建立一种可靠性模型结合了随机摄动法、Edgeworth级数技术，并考虑了载荷的作用次数．摄动法和Edgeworth级数可以在基本随机参数的前4阶矩已知的情况下，研究具有任意分布参数的机械零件的可靠性灵敏度设计问题，顺序统计量理论考虑了载荷作用次数在可靠度和灵敏度计算中的影响．使用这种模型计算出的可靠度会随着载荷作用次数而变化，这与静态的可靠度计算方法存在差别．以某一型号的螺栓为算例，应用此模型计算了其可靠度、随机变量均值和方差的可靠性灵敏度．由提出的方法得到了可靠度和可靠性灵敏度值及其随载荷作用次数变化的曲线．可靠度及可靠性灵敏度随载荷作用次数变化的规律是：载荷作用次数增加，可靠度值降低，变化趋势单调；载荷作用次数达到最大时，可靠度达到最小；随机变量均值和方差的灵敏度随载荷作用次数变化出现不同的变化趋势，其中螺栓截面直径的均值和方差灵敏度随载荷作用次数的变化最大，随作用次数的增加，螺栓截面直径的参数将对螺栓的可靠性起主要的决定作用．

为了提高板料成形件质量，提出了一种等效拉延筋阻力模型.该拉延筋阻力模型在平面应变假设的前提下，考虑中性层偏移、鲍辛格效应等多种因素影响，通过与经典的Nine试验数据比较，证明了该模型的准确性.以翼子板为成形对象，结合改进的等效拉延筋阻力模型，采用非线性优化算法对拉延筋结构进行优化设计.利用优化获得的等效拉延筋阻力反求拉延筋几何参数，建立成形中的实体拉延筋仿真模型，获得了质量较好的成形件.研究结果表明该等效拉延筋阻力模型能够较好地适用于板料成形中.

产品的多元化和市场竞争使客户对产品的个性化需求不断增加，传统的产品结构难以满足低成本和个性化的需求．开放式结构产品使得产品既拥有大批量定制的优点又能满足客户个性化的需求．开放式结构产品将产品的模块分为通用模块、定制模块和个性化模块．模块划分和模块类型规划是开放式结构产品设计的重要步骤．针对开放式结构产品的设计，提出了一种以公理设计为分析框架、以质量功能展开（QFD）为基本模型的模块划分和分类方法．该方法采用公理设计建立功能需求与概念结构之间的映射关系，通过分析概念结构之间的功能、空间和信息流关系建立了设计关联矩阵，运用系统聚类法对设计关联矩阵进行聚类模块划分，利用QFD规划产品中零部件的类型并建立模块类型规划准则，最后根据零部件类型确定了开放式结构产品的模块类型．应用所提出的方法对玩具喷漆机进行了模块规划，得出了开放式结构玩具喷漆机的结构方案，验证了该方法的有效性和可行性．

在分析已有产品平台特点的基础上，将模块化和参数化产品平台统一表示为基于“设计参数”的产品平台，提出了面向可适应性的产品平台设计参数规划方法．引入可适应设计理念，分析了产品平台结构及变型方式；以公理设计理论为指导，进行产品功能要求设计参数的映射，建立公理设计矩阵；分析各设计参数之间及其与功能要求之间的敏感性，构建设计关联矩阵并对其进行关联度分析；然后通过变型产品关于设计参数的差异度计算，合理识别平台参数和变型参数，确定设计参数在产品平台中的共享策略．通过桥式起重机产品族的柔性配置实例，证明了该方法的可行性和实用性．

针对扭转梁悬架运动学参数难以优化的问题，根据材料力学原理求得某扭转横梁的剪切中心，基于空间坐标变换矩阵和空间解析几何，建立了悬架侧倾工况下的数学模型.该模型通过与相应ADAMS模型的仿真以及实验数据对比得到验证.在此基础上，研究了横梁安装位置及开口方向对悬架K特性的影响，得出了悬架特性参数与两因素的变化关系，对扭转梁悬架的设计及优化具有理论指导意义.

在轴流式血泵的研发中，通常将血液当作牛顿流体来处理，考虑到当动脉存在局部狭窄等几何突变情况时，动脉局部流场中可能产生流动剪切率非常低的区域，因此有必要考虑血液的非牛顿特性．建立了轴流式血泵模型，通过CFD仿真分析得到血泵转速和流量的变化对血泵出入口流场的影响，以及血泵导叶对泵体内流场的影响规律，并通过对设计的血泵进行泵水实验，测量了轴流式血泵输出流量和压力参数.结果表明所设计的血泵在驱动性能上和仿真是相符的．

为解决高黏度大比重物料无轴螺旋输送机的螺旋叶片变形问题，利用粒子群优化算法，以无轴螺旋叶片刚度变形最小为优化设计目标，构建了基于粒子群算法的无轴螺旋叶片优化设计模型.应用构建的理论模型，进行了实例设计，并通过实验研究进一步证实该设计方法具有先进性和实用性．将智能算法应用于机械优化设计，为该领域研究提供新思路．

低温等离子体表面处理可以有效克服液相处理法存在的环境污染、耗能大和成本高的缺点，对材料表面进行清洗、活化和接枝处理，而设计一个合理的低温等离子体放电结构能够较好地改进表面处理的质量．通过建立CRFHCP空心阴极等离子体放电的数学模型，分析影响低温等离子体放电的关键因素，并设计了不同电极配置方式、样品位置和不同远区空心阴极结构的众多方案．通过接触角测定、表面能计算、SEM照片等方式，对不同方案下处理前后的疏水性PP薄膜形态结构进行表征分析．实验结果发现：远区径向喷嘴式空心阴极等离子体放电结构处理的薄膜表面比其他处理方式具有较小的接触角和较大的表面能．这表明采用优化设计的CRFHCP空心阴极等离子体放电结构，可以较其他结构更为有效地改善材料表面的亲水性能．

对高性能复合砂浆钢筋混凝土加固受火RC梁的抗剪承载力进行理论推导，并结合实验数据和工程实例验证理论公式的合理性．结合国内外对火灾后钢筋混凝土结构中混凝土和钢筋强度变化的研究，考虑火灾和火灾后冷却条件对混凝土和钢筋强度及性能的影响，提出计算模型．假定钢筋和混凝土之间无相对滑移，忽略混凝土的抗拉强度，不考虑温度—应力的耦合作用，采用等效截面法得到等效截面为T形截面，以桁架拱模型和软化桁架理论为基础，结合极限平衡原理，考虑拉应变存在条件下混凝土抗压强度的软化．分析结果表明，推导所得的计算公式与试验数据比较吻合，高性能复合砂浆钢筋网加固方法能使梁的抗剪承载力得到显著提高，能满足实际工程的应用．

针对管片拼装机高速、高精度及低冲击自动拼装技术的需求，在全面分析了管片拼装机回转驱动系统大行程、大惯量及长时间运行特点的基础上，设计了以比例换向阀为调节核心、以平衡阀为辅助保障的管片拼装试验台回转电液控制系统.参考工程应用管片拼装机相关参数及管片拼装试验台设计要求，基于相似理论提出拼装试验台回转电液控制系统参数指标及原理图，运用SolidWorks建模仿真及负载力矩分析，进而完成电液控制系统参数设计及元件选型，最后完成了¢2 m管片拼装试验台回转电液控制系统的搭建及试验分析工作.试验分析结果表明：系统稳态性能满足设计要求，最大转速为6.25 r/min；同时具有良好的动态性能，系统阶跃响应峰值时间为1.1 s，可平稳实现斜坡减速及低速停车．

为研究盾构掘进时各物理参数之间的相互影响，进而确定相适应的工作参数，设计开发了全断面盾构掘进机综合模拟试验台．其中，用于模拟真实盾构掘进的缩尺盾构主要由刀盘系统、推进系统、螺旋输送机系统等组成．根据实验的需要，设计了缩尺盾构的机械结构，详细说明了结构设计的思想以及缩尺盾构的工作过程．设计了缩尺盾构的液压系统，详细说明了液压系统的工作原理、功能特点和选型计算．利用AMESim软件对刀盘液压系统和推进液压系统进行仿真分析.仿真结果显示，刀盘转速和缩尺盾构的推进速度都可以实时控制，所设计的液压系统能够满足实验需要.

In order to analyze the influence of the radial clearance to the reliability of the fourrow conical roller bearing， the special calculator program of bearing BEM was compiled based on the method of three dimensional elastic contact boundary element method with frication， in which the plate units were used to simulate the rollers. When equal radial clearance and unequal clearance were applied to the mill fourrow conical roller bearing， the distribution of radial pressure， radial and axial load were simulated with the program. The influence rules of radial clearance to the pressure and load distribution of fourrow conical roller bearing were analyzed. According to the result， the load proportion of the mill fourrow conical roller bearing didnt change when equal radial clearance was adopted. And the number of the standunderload rollers decreased and the load of one roller bearing increased when positive equal radial clearance was adopted. The situation was opposite when negative equal radial clearance was adopted. When unequal radial clearance was adopted， the load proportion of the row with the larger value of radial clearance decreased and the bias factor was decreased．

基于齿轮啮合原理，建立了分析单齿啮合功率损失的模型和方法.首先，根据齿轮滑动摩擦和滚动摩擦的形成机理，建立了滑动和滚动摩擦功率损失比的模型，运用力学和几何学的方法推导出功率损失比计算公式；然后，编写了MATLAB程序，获得滑动摩擦和滚动摩擦功率损失沿着啮合线的变化趋势，分析了齿轮几何参数、传动比、载荷对齿轮滑动和滚动摩擦功率损失的影响；最后，在FZG齿轮试验机上测试了模数、压力角和齿数比对啮合功率损失的影响.研究结果为设计低功率损失的齿轮系统提供了依据．