随着用户对产品的功能、质量、成本、个性化以及环境友好性等方面的需求日益提升，制造企业必须更加即时、高效地响应不断变化的市场需求。可适应设计作为一种新型的设计范式，可通过设计过程的综合优化来满足产品生命周期内用户、制造企业和社会的需求，以提升经济效益和环境效益等。为了提高产品设计的可适应性，需对可适应性进行量化的科学表达，以便在设计决策过程中建立其综合评价指标体系。针对产品可适应设计的量化评价，通过构建产品可适应设计架构，将用户需求逐级映射至功能域、结构域及参数域；基于信息熵理论，建立产品可适应设计评价信息熵计算方法，通过变型度将主观、定性的产品描述转化为定量描述，实现产品个体、产品系列和产品平台可适应性的客观评价。圆柱齿轮加工机床设计实例结果表明，所提出的评价方法能够辅助设计人员对产品设计方案进行评价和决策。

为了提高虚拟维修训练时零件的定位精度，丰富人机交互功能，反映贴近实际的操作过程，提高操作者的训练质量，基于虚拟现实辅助技术，研究了装配约束感知与建立算法，可实现根据当前的装配状态实时建立正确的装配约束。基于直观性交互建立了“导师&助教”多模式指导方法。在Unity3D环境中开发了虚拟手、虚拟工具的无标记交互操作方式，并通过HMD（head-mounted display， 头盔显示器）实现虚拟环境的立体可视化。开发了虚拟维修训练系统，并以某型号洗衣机为对象进行了测试。结果表明，该系统不仅可使零件的装配关系定位更加精确，模拟出更真实的拆装过程，还可以通过直观性交互帮助操作者更好地完成任务，消除了实装训练的不足，大大提升了维修训练的效费比。

为减弱动力装备和建筑楼盖的有害振动，对其被动、主动型动力吸振进行系统研究。引入粒子群优化（particle swarm optimization， PSO）算法，对主系统无阻尼和有阻尼被动型动力吸振的参数、采用线性二次型调节器（linear quadratic regulator， LQR）主动控制中的权矩阵、PID（proportional-integral-derivative， 比例-积分-微分）主动控制中的参数k_p、k_i、k_d进行优化设计；在建筑楼盖的振动控制中，基于引入的被动调谐质量阻尼器（passive tuned mass damper，PTMD），在ANSYS有限元环境中，设计了一种采用主动调谐质量阻尼器（active tuned mass damper， ATMD）进行振动控制的方法，结果验证了所提策略的可行性和有效性，为工程结构振动控制的计算和效果预判提供了依据。研究进一步发展了动力装备和建筑楼盖的先进动力吸振技术。

在工艺基准和设计基准不重合的情况下，在零件加工过程中采用极值法计算工艺尺寸链时经常会出现工序尺寸不合格而最终设计尺寸可能合格的“假废品”现象。为此，以工艺尺寸链极值法计算的特点为基础，对假废品产生的原因进行了分析。为了便于在零件加工过程中判定假废品，通过将工序尺寸作为封闭环尺寸，建立并计算新的尺寸链，得到间接保证设计尺寸合格的必要不充分条件，并结合先于工序尺寸生成的组成环尺寸的实际偏差，提出了一种新的判定假废品工序尺寸公差范围的计算方法和流程。为了避免假废品转化为设计尺寸不合格的真废品，提出了一种对后续加工尺寸进行公差压缩的补救措施。根据工艺尺寸链中各组成环尺寸的相互补偿关系，分析了后续加工工序中公差压缩后尺寸极限偏差和公差的计算方法和流程。研究结果可为实际生产中假废品的判定和补救提供指导。

针对第3代轿车轮毂轴承单元过盈量的设计，提出了一种考虑铆接装配影响的过盈量理论设计方法。首先，基于弹性力学和平面应力假设推导了轮毂轴承单元内圈与内法兰轴配合的过盈量理论计算式；然后，采用有限元软件建立了轮毂轴承单元过盈装配、铆接装配及铆接卸载回弹过程仿真模型，并通过数值模拟分析获取了其过盈配合面的压力分布及其轴向预紧力；接着，基于推导的理论公式计算得到因铆接装配而增大的过盈量，并对理论计算值进行修正；最后，通过轮毂轴承单元内圈拔出力测量试验和耐久试验来验证所提出的过盈量理论设计方法的正确性及可靠性。结果显示：利用理论公式计算得到的因铆接装配而增大的过盈量为0.020 mm，与其试验值0.017 mm很接近；过盈量在上、下极限附近的轮毂轴承单元均未出现内圈松动或内圈破裂现象。研究表明考虑铆接装配影响的轮毂轴承单元过盈量理论设计方法是可靠的，能够满足生产实践的要求。

航空电子模块储热器是一类广泛应用于航空电子设备的热管理装置。为了给航空电子模块储热器的工程设计提供理论支撑，对其工作时间与功耗、设定温度之间的关系进行研究。首先，综合考虑自然对流和热辐射的影响，运用传热学理论构建了储热器在实际工作环境下的热模型。然后，运用焓-多孔介质法对储热器的瞬态储热过程进行了数值模拟，并通过求解相变传热学中具有温度场理论解的斯蒂芬问题验证了数值模拟方法的准确性。最后，分别在4种典型功耗下计算得到储热器的温升曲线及其相变材料的熔化进程曲线，并与顶面绝热条件下的理想曲线进行了对比；同时，以理论规律为基础，结合数值模拟结果，得到了储热器工作时间与功耗、设定温度之间的依变关系，并采用最小二乘法对该依变关系进行了二元线性回归分析。结果表明，相比于在顶面绝热条件下，储热器在低功耗下的温升过程及其相变材料的熔化进程受自然对流和热辐射的影响较为显著；储热器工作时间与功耗在双对数坐标下呈线性关系，与设定温度在单对数坐标下呈线性关系；利用二元线性回归方法所构建的储热器工作时间预测公式具有良好的预测效果，其在建模集中的拟合误差在±4%内，拟合优度为0.993，在验证集中的预测误差在±3%内。分析得到的储热器工作时间预测公式可作为航空电子模块储热器敏捷工程设计的工具。

依据现行《砌石坝设计规范》（SL25—2006）的坝体拉压应力的控制准则去评估砌体胶凝材料已老化劣化的小型砌石拱坝的结构安全度，往往无法得出符合定性判断的结论，因此须研究新的分析和评估方法。基于非线性多拱梁法，采用ADAO（arch dam analysis and optimization， 拱坝分析与优化）软件模拟分析龙潭砌石拱坝和石门砌石拱坝的坝体应力及其在拉压与剪切破坏模式下的拱坝结构安全度。结果表明，在我国现行拱坝设计规范以坝体拉压应力作为拱坝结构安全度主要评判依据的情况下，因坝体应力基本满足设计规范中的应力控制标准而难以对其结构安全作出定量评价，而在考虑坝体剪切破坏模式后，可得出拱坝结构安全度明显不足的定量评判。研究为砌石拱坝结构安全度的分析和评估提供了新思路。应进一步研究并提出砌石拱坝的结构抗剪安全控制准则，将其作为拱坝结构安全度评判标准的重要补充。

为提高移动机器人在复杂环境下的速度控制精度和适应能力，提出了一种基于多传感器融合信息的移动机器人速度控制方法。首先，根据多传感器非线性优化融合理论，通过最小化运动观测残差的方法来构建移动机器人运动状态优化估计模型。然后，对利用单目相机、轮式里程计及惯性测量单元（inertial measurement unit，IMU）观测移动机器人运动的方法进行介绍，并计算了各传感器对移动机器人运动的观测残差及其雅可比矩阵。最后，结合移动机器人运动状态估计信息与增量式PID （proportion integration differentiation，比例积分微分）控制策略，设计了移动机器人速度控制系统，并通过多项试验验证了该控制系统的性能。试验结果表明，所提出的移动机器人速度控制方法有效减小了速度估计误差，较基于轮式里程计信息的速度控制方法在精度与稳健性方面有较大提升。研究结果对提升移动机器人在复杂环境下的工作性能有显著意义。

动态机械式自动垂直钻具广泛应用于直井作业中，改善其纠斜性能是优化钻具的关键目标。钻具稳定平台中上盘阀的开口角度对其纠斜性能影响很大。以扩径力冲量、导向力冲量、导向力突变幅度和波动幅值作为钻具井眼螺旋程度、有效推靠力作用和导向力稳定性的评价指标，来评价不同上盘阀开口角度下钻具的纠斜性能。通过分析钻具在纠斜过程中的状态，得到巴掌推靠合力的变化规律，并与试验测试值进行对比，最终得到在不同上盘阀开口角度下3种评价指标的变化规律。研究结果表明：推靠合力的理论值与测试值接近；在上盘阀开口角度为180°时，纠斜过程平稳，纠斜效率高，且能最大程度地降低井眼的螺旋程度。3种钻具纠斜性能评价指标的提出及研究结果为后续垂直钻具的整体优化设计提供了新思路。

在实际道路上开展实验目标车碰撞试验是智能汽车开发过程中的重要测试手段之一。为保证智能汽车的安全性，实验目标车的底盘必须具有抵抗较大碾压冲击的能力。由于实验目标车底盘的碾压过程涉及接触非线性和几何非线性等问题，仅基于仿真分析对其进行结构设计和优化存在较大困难。为此，首先采用显式非线性有限元法对实验目标车底盘的抗碾压性能进行分析；然后采用基于局部放大法的多目标遗传算法建立以材料为离散变量、几何尺寸为连续变量的底盘结构多目标优化模型；最后利用HyperStudy软件搭建了一种适应性强且拟合预测精度高的底盘结构优化方法，并获得了满足抗碾压性能和轻量化要求的底盘结构优化方案。研究结果表明，基于碰撞碾压仿真的多目标遗传优化方法对解决考虑离散-连续型变量和响应面高度非线性的实验目标车底盘结构优化问题具有适应性强、优化结果准确和多目标协同满足程度高的特点，可为实际应用中需综合考虑离散变量和多种性能的结构优化设计提供参考。

为解决在满负荷、长周期运行工况下潜油电泵下保护器轴易断裂的问题，以潜油电泵细长串联轴系为研究对象，分析联轴器扭转刚度对细长串联轴系扭振特性的影响。采用DyRoBeS软件构建细长串联轴系扭振模型，分析轴系扭振特性，结合扭转振型与模态扭应力分布，确定轴系下保护器轴退刀槽为危险截面，研究联轴器扭转刚度与该危险截面扭应力的关系。分析结果表明：将联轴器1，2的扭转刚度均从设计值的20%按一定比例增大至设计值的500%，则联轴器1的第1阶扭振临界转速的增幅为21%，联轴器2的第1阶扭振临界转速的增幅达64%；将联轴器1的扭转刚度从设计值调整为设计值的40%，则轴段危险截面扭应力降幅约为55%；将联轴器2的扭转刚度从设计值的300%调整为设计值的40%，轴段危险截面扭应力降幅约为35%。调整联轴器1的扭转刚度至7.12×10⁴ Nm/rad，可有效减小轴段危险截面扭应力。研究结果可为解决潜油电泵细长串联轴系下保护器轴的断裂问题提供参考。

架空输电线路在特定的风载荷作用下，其不同构件、部位的受力情况大不相同，严重时会导致输电塔线体系发生失稳乃至绝缘子串断裂，极大地影响电网运行安全。为此，以云南某山区的架空线路为研究对象，利用ANSYS有限元仿真软件，对复合绝缘子芯棒进行各向同性、各向异性特征值屈曲分析。构建了新型四联V形绝缘子串，引入系数P_h/G_v（水平载荷/垂直载荷），对比分析双联和四联V形绝缘子串在不同风载荷作用下的力学特性，对其迎风侧和背风侧的变形、最大应力及最低点水平位移进行研究。结果表明：当P_h/G_v=2.34时，V形绝缘子串背风侧的最大应力最小；随着P_h/G_v的增大，相对于双联V形绝缘子串，四联V形绝缘子串的应力变化曲线更加平缓，其最低点水平位移更小；V形绝缘子串与竖直平面的夹角为10°~30°时，角度越小，其整体性能越稳定。研究结果为V形绝缘子串的设计改进提供了有力的依据，具有较强的工程参考价值。

灾区居民获取饮用水较为困难，为切实保障其饮水安全，设计了一种滤水精度较高的可连续取水的移动应急净水车，可满足小群体的饮水需求。首先，从总体上设计了可连续取水的移动应急净水车的结构，并详细介绍了其取水装置、滤水装置、储水装置和运水装置的设计；然后，运用SolidWorks软件对该移动应急净水车的运水装置进行三维建模，并利用Simulation功能对其储水装置、滤水装置放置支架进行了有限元分析；最后，搭建了可连续取水的移动应急净水车样机，并进行了取水、滤水、储水和运水试验。试验结果表明，该移动应急净水车的封闭性良好，能够实现预期的连续取水、储水功能；其平均运水速度达到48 m/min，且滤出后的水达到了饮用标准。所设计的可连续取水的移动应急净水车功能齐全，兼具取水、滤水、储水和运水功能；取水方便，可直接从湖泊、河流和水库中取水；储水量大，可采用10 L的TPU （thermoplastic polyurethanes，热塑性聚氨酯弹性体橡胶）伸缩水桶；运水省力，取水、滤水和储水装置均集成在手拉式运水装置上。可连续取水的移动应急净水车可有效解决灾区居民饮水困难的问题。

为满足印刷市场对高速、高质量及高效率胶印机的需求，设计了一种LYP1050轮转胶印机控制系统。首先，采用汇川AC810运动控制器作为主控制器，以汇川IT6000系列触摸屏作为人机交互界面，结合伺服驱动单元，搭建了LYP1050轮转胶印机控制系统的硬件平台。然后，提出了LYP1050轮转胶印机的多轴同步控制、闭环速度和收卷锥度张力控制以及自动套色控制方法，同时，对LYP1050轮转胶印机控制系统的下位机程序和人机交互界面进行设计。最后，通过采集LYP1050轮转胶印机样机实际运行时的套色误差来验证所设计的控制系统的可靠性。试验结果表明：该轮转胶印机的套色精度可控制在±0.05 mm内，符合套色要求。所设计的控制系统安全可靠，同步性较好，套色精度高，故障率低，具有广泛的通用性，可为同类型轮转胶印机控制系统的设计提供参考。