针对传统采矿方法设计中出现的不足,将TRIZ理论引入采矿方法的创新设计中,在对实际问题分析的基础上,确定了技术和物理矛盾,并运用TRIZ理论的创新原理所提供的思路与线索,对采矿方法进行了创新设计.以广西某矿山的采矿方法设计为实例,详细介绍了TRIZ理论在采矿方法设计中的应用流程,高效率地解决了采矿方法选择中的创新性设计难题,充分表明了TRIZ理论应用于采矿领域进行创新设计的可行性和高效性,为拓宽和创新传统工程领域的设计思路提供了新的工具,将会有广阔的应用前景.

车间调度问题是典型的NP难题,也是一种完全耦合的复杂系统.基于公理设计思想对车间调度系统进行了解耦设计,给出了相应的解耦思路及解耦矩阵,提出并实现了一种车间调度算法,并对算法的复杂性进行了分析.以实际车间生产调度作为研究对象,针对实际生产中零件紧急程度不一的情况,为待加工零件赋予不同的权值,并优先考虑调度加工工时较长的零件；采用以解耦设计为总目标,在满足约束条件的情况下,尽量优化压缩加工时间.对算法的复杂性进行了分析,该算法属于三次多项式复杂级,较优于一般的算法.通过2个实例计算和对比,验证了本算法的实用性和有效性.

工程应用中有大量构成复杂、功能繁多的机械系统,要对其进行适宜的可靠性分析有一定的难度,而电路系统的可靠性研究技术较为成熟,电子元件的可靠性参数也比较明确.为此,提出一种基于机电相似原理的模糊可靠性方法,给出了机械系统与电路系统进行相似分析的基本原理,并对力/电压机电相似和力/电流机电相似两种分析模型给出了运动方程,提出了可靠性分析的方法,利用该方法可以解决某些工程系统的可靠性计算问题.

机械设备不可避免地存在许多圆孔结构,孔边是应力集中多发区域,许多裂纹发源于孔边,因此研究孔边裂纹扩展寿命对结构的疲劳寿命评定具有重要的实际意义.工程实际中结构尺寸、材料特性、载荷等因素常常具有不确定性,裂纹扩展过程是一个随机过程,研究随机裂纹扩展更加符合工程实际.以材料属性和载荷为随机变量,采用Paris-Erdogan 公式计算裂纹扩展寿命,裂纹扩展方向采用最大周向应力准则,在随机有限元法的基础上,结合计算可靠度的四阶矩法、Edgeworth级数展开,提出随机参数服从任意分布时的结构疲劳裂纹扩展寿命可靠度的计算方法.研究了参数服从任意分布时平板上两圆孔之间的疲劳裂纹扩展寿命可靠性相关问题,模拟了裂纹扩展路径,得到裂纹扩展寿命可靠度随裂纹扩展的变化趋势,从结果看出裂纹扩展速率不断加快，可靠度随着裂纹扩展逐渐降低，结构的剩余强度逐渐变小.新方法对孔边产生的裂纹扩展寿命可靠性分析具有一定的理论意义.

在快速群搜索优化算法QGSO(quick group search optimizer)基本原理的基础上,提出了改进的快速群搜索优化算法——快速被动群搜索优化算法QGSOPC(quick group search optimizer with passive congregation),并应用于结构优化设计.采用QGSOPC优化算法分别对空间结构进行离散变量的截面优化设计,并与QGSO优化算法、群搜索优化算法GSO(group search optimize)和启发式粒子群优化算法(HPSO)的计算结果进行比较,结果表明改进的快速被动群搜索优化算法QGSOPC与QGSO算法、GSO算法和HPSO算法相比不但具有较好的收敛精度和更快的收敛速度,而且具有很好的稳定性.该算法可有效率地应用于实际结构的优化设计.

为提高双压力角非对称齿廓齿轮的设计质量,缩短设计周期,依据弹性流体动力润滑理论,通过范例,以齿间最小油膜厚度最大和齿轮传动总体积最小为目标函数,按照粒子群优化算法,利用MATLAB编制优化程序,进行约束多目标优化设计.在此基础上,根据齿轮啮合原理和现代摩擦学原理从数学逻辑关系和物理机理上分析了目标函数对各个设计变量的灵敏度.研究结果表明：非对称齿轮的体积随模数和齿宽的增加而增加,对模数的敏感程度大于齿宽；齿间最小油膜厚度随模数、齿宽、压力角及变位系数的增加而增加,其敏感程度依次为压力角、模数、齿宽和变位系数；压力角是影响弹流润滑齿间最小油膜厚度最重要的因素,在工作齿侧适度增大压力角可以显著增大最小膜厚；大、小齿轮的变位系数对最小油膜厚度具有同等的影响程度.

以汽车变速器装配线为研究对象,用SLP理论和Em-plant仿真相结合的方法进行变速器装配线规划,以缩短设计周期,提高设计质量.以长城汽车变速器装配线的设计规划过程为例,首先用SLP理论对装配线的主线体以及外围物流通道进行规划,然后用Em-plant仿真软件对规划的线体进行仿真验证,进一步平衡各工位.结果显示装配线的线体布置和物流通道合理,工位之间的平衡性高.由此可以得出,用SLP理论和Em-plant仿真相结合的方法进行变速器装备线的设计规划,条理性强,能够兼顾线体物流和平衡性两方面的要求,能够提高我国变速器装配线的设计水平.

为了研究构件在随机载荷下的疲劳寿命分布,建立疲劳寿命分布预测模型.应用雨流计数法,将随机载荷-时间历程处理成以载荷幅值和均值为随机变量的二维联合概率密度函数,得到构件的二维疲劳载荷谱.从Miner累积损伤的定义出发,分析了累积损伤分散性的来源.以此为基础,通过建立等幅疲劳中值 S_a - S_m - N 曲面,提出了基于二维载荷谱的疲劳寿命分布预测模型,当累积损伤的概率分布已知时,可以估算出构件的疲劳寿命分布,进而得到零件在任一时刻的可靠度.最后,给出了一个具体应用实例.结果表明所提出的疲劳寿命分布预测方法具有较好的工程实用价值.

基于多体系统理论中的休斯敦方法,介绍了建立四自由度机械手误差模型的方法.首先阐述了机械手拓扑结构及误差条件下相邻体及其变换矩阵，然后建立了误差模型，最后全面分析了机械手的各项误差源，用MATLAB软件计算了总误差和系统误差,且对比了各单项误差源对总误差的影响,为误差分配和补偿提供了理论依据.所提出的误差模型和误差分析方法,对于多自由系统的误差分析和建模具有参考价值.

为了提高航空发动机非包容性失效条件下飞机蒙皮的抗击穿能力,需要根据非包容性碎片特性和蒙皮破坏的特点,合理评估蒙皮破坏时的能量损耗.为此,借鉴平头圆柱体冲塞破坏能量模型,在考虑整体弯曲变形和局部剪切变形的基础上,采用长方体叶片碎片当量化的方法,提出了适用于长方体碎片的冲塞破坏能量模型.在此冲塞破坏能量模型的基础上,结合航空发动机典型的非包容性碎片特性,给出非包容性失效条件下的飞机蒙皮最小厚度算法.最后通过算例校验了算法的有效性.

机械设备的振动噪声控制至关重要,声固耦合问题是机械振动噪声分析领域常见的多物理场耦合问题.对声固耦合分析方法进行研究,为声固耦合分析提供一定的理论依据.声固耦合问题可分为强耦合与弱耦合两类,声固耦合方法可根据耦合程度计算公式或工程经验选择；基于结构有限元法与声学边界元法研究了2种耦合方法的耦合方程与耦合流程,采用主流的振动噪声分析软件对具体声固耦合实例进行分析,得到模型在2种不同耦合方法下计算的模型和场点的频率响应结果.2种耦合方式的计算结果在整个曲线走势与出现峰值的频率方面基本一致.在高频区域,弱耦合方法由于忽略了空气对结构振动的阻尼作用,计算结果的数值较大.对于薄壁结构,空气对结构的影响较大,应采用强耦合；对于质量或厚度较大的物体,可采用弱耦合.结果论证了声固耦合方法的选择依据,总结了声固耦合方法的应用范围.

盾构掘进过程中地质多变,推进速度要求实现非线性控制,因此对控制方法提出较高的要求.在分析了盾构推进液压系统原理的基础上,建立了盾构推进速度仿真模型,设计了基于BP神经网络的盾构推进速度自适应PID控制器,运用MATLAB软件对常规PID推进速度控制和基于BP神经网络的自适应PID推进速度控制进行了阶跃响应仿真对比,并对基于BP神经网络的自适应PID推进速度控制的正弦跟踪特性进行了仿真.仿真结果表明基于BP神经网络整定的PID控制具有良好的跟踪能力和鲁棒性,相比于传统PID控制系统响应迅速,超调量小,具有很高的响应精度和良好的在线整定能力,对于盾构推进速度这种非线性过程,控制效果比较理想.

针对现有锚杆质量检测方法存在检测具有破坏性、检测过程复杂、检测精度不高等问题,提出一种基于磁致伸缩导波技术的锚杆无损检测新方法.在研究磁致伸缩导波检测原理以及锚杆中导波特性的基础上,研制了锚杆检测系统,并利用该系统在锚杆中激励出L(0,1)模态导波,完成了空气中以及混凝土结构中锚杆长度以及缺陷的检测实验,实现了对锚杆的非接触式无损检测.结果表明：该方法检测过程简单、检测精度高，能检测具有隐蔽性的锚杆等,可以实际应用在锚杆质量检测中.

为进一步提高设备的自主在线诊断能力和自修复能力,研究了硬件实现免疫算法的方法及可行性.表示法和匹配规则是人工免疫系统中阴性选择算法的主要特征,针对几种常见二进制匹配规则分别提出了基于FPGA的硬件实现方法.首先阐述了r连续位匹配、r块匹配和海明距离匹配等匹配规则的定义,然后以FPGA为硬件平台分别设计了上述匹配规则的实现方案并进行了功能仿真和实验验证.结果表明,设计方案可行,具有较好的实时性和可靠性.同时,比较和分析了上述匹配规则的检测器覆盖效果,指出应根据工程需要选择合适的匹配规则,最后提出需要进一步研究的问题.

第三反射镜(简称三镜)在大口径地基光电望远镜系统中作为关键部件之一,其面形精度直接影响着望远镜光学系统成像质量.为准确设计出符合工程实际的三镜结构,从三镜镜体几何尺寸、镜坯材料、轻量化孔结构形式、支撑方式等方面进行分析，并借助于有限元工程分析软件ANSYS,MSC.Patran/Nastran对三镜的支撑点位置、支撑孔壁厚度、镜面面板厚度、镜子外边框厚度、背部肋板厚度以及镜子外边缘倒角尺寸等镜体结构参数进行优化分析,得到了使镜面面形最优的镜体各结构参数.优化后三镜镜面变形RMS值为8.98 nm、PV值为38.03 nm,均满足光学设计要求.研究成果可为同类光机系统设计提供参考.

在同轴望远镜系统中,主镜和次镜的相对位置和姿态有非常严格的要求,需要将次镜设计成多自由度可以调整的机构.针对次镜调整机构的性能要求,提出一套由二维 XY 移动平台和三维Tip/Tilt/Focus平台组合成的五自由度次镜调整机构方案.其中三维Tip/Tilt/Focus平台由3个驱动器、定平台与动平台组成,驱动器与动平台之间由柔性铰链连接,通过3个驱动器的伸缩和柔性铰链的转动来实现动平台的三自由度运动.对三维Tip/Tilt/Focus平台的运动学原理作了详细介绍,深入地讨论柔性铰链弯曲刚度和轴向刚度与几何参数的关系.研究结果为五维调整机构及柔性铰链的设计提供客观依据,具有较大的实际意义.