波导缝隙阵天线具有结构紧凑、质量轻、性能好等优点，常被用于机载或弹载雷达等多种设备。随机振动是雷达工作时的主要载荷形式，振动引起的天线变形会对天线增益产生一定影响。目前用传统方法计算随机振动对天线增益影响的过程非常复杂，且计算量很大，为此提出一种利用位移响应的均方根来计算随机振动对天线增益影响的等效方法。假设随机振动是满足均值为零的正态分布的随机过程，利用各个节点的完全相关性可生成多组样本，首先利用传统方法和等效方法分别计算得到随机振动下天线增益的均方根，然后利用泰勒展开式推导等效方法的适用条件，最后以宽边波导缝隙阵天线为例，通过数值仿真和实验验证等效方法的有效性。研究表明：等效方法误差小于0.1 dB，该方法在满足一定条件时，能够快速计算随机振动对天线增益的影响。该等效算法可大大提高计算效率、节约计算时间，同时计算结果具有重要工程意义，为天线设计人员提供参考。

目前在液压支架的虚拟仿真过程中对四连杆机构、顶梁和立柱之间的联动还缺乏比较有效的表达方法。针对这种情况，提出了一种基于解析法与虚拟现实技术相结合的液压支架部件无缝联动方法。首先根据某型号液压支架进行UG建模并进行模型修补，运用解析法对关键尺寸进行姿态解算。之后导入Unity3d中建立"父子"关系，并在C#环境下进行协同联动程序编写，建立基于有限状态机理论的运动状态任务与关系，同时建立GUI界面与虚拟手操作两种交互方法。最后进行实际应用和测试，验证了无缝联动方法的可行性和有效性，为液压支架的联动仿真和基于3D的虚拟状态监测及控制提供理论支撑和应用实践。

为解决常规PDC（polycrystalline diamond compact）钻头井底流场水力性能数值模拟分析时存在的门槛高、耗时长、重复工作量多等问题，建立了基于Web服务的PDC钻头井底流场分析平台。平台框架由上至下分为软件接口层、分析服务层和结果输出层。在服务端通过知识封装技术实现钻头井底流场分析过程的自动化、参数化和集成化；利用Web封装技术对参数化流场分析模板进行封装和管理，从而实现客户端基于Web服务的PDC钻头井底流场的分析研究。实例验证表明，采用该平台分析PDC钻头水力性能可有效降低CFD软件的使用门槛，提高钻头井底流场的分析效率，节约人力与物力，能够为石油装备企业提供规范化的技术支持。

自主式水下机器人（autonomous underwater vehicle，AUV），尤其是回转形AUV，是海底探测、海洋地貌观察和军事海洋学研究的重要工具，但其续航能力一直是限制其完成远距离和长时间工作的关键问题。目前已研制出的水下对接装置只能与特定尺寸的水下机器人完成对接，通用性较差。为了解决不同尺寸回转形AUV的能源补充及数据上传下载的问题，介绍了目前存在的水下对接形式，并在此基础上设计了一款通用性水下对接装置。该装置采用水下灯光导引方式对AUV进行导引定位，当AUV进入对接装置后通过导流罩对AUV进行导向，最终采用丝杠滑台装置夹持固定AUV。该装置可以为不同尺寸的回转形AUV补充能源并提供数据上传下载服务，提高了AUV的续航力、数据收集能力，扩大了巡航范围。最后在水池中对该水下对接装置的灯光引导、夹持装置进行了测试，验证了该水下对接装置整体的可靠性及可行性。结果表明该装置结构简单，通用性较强，稳定可靠，对水下对接装置的总体设计具有一定的借鉴和指导意义。

为了改善燃油泵噪声、振动、声振粗糙度（noise，vibration and harshness，NVH）性能，提高燃油泵声音品质，开展了燃油系统旋涡泵压力脉动的控制研究。采用计算流体动力学（Computational Fluid Dynamics，CFD）数值模拟方法和理论分析方法分析燃油系统微型旋涡泵的压力脉动特性，并采用随机叶片分布方法设计了2种非均布程度不同的非等距叶轮。基于CFD数值模拟结果和理论分析结果，提出一种改进的非等距叶轮设计方法。燃油泵噪声试验结果验证了该设计与控制方案的可行性。结果显示：相较于等距叶轮，随机非等距叶轮燃油泵的中高频段尖锐噪声消失，NVH性能提升；随机非等距叶轮能够显著分散叶频峰值，非均布程度的增加显著增大了随机非等距叶轮的叶频脉动幅值下降幅度。因此，采用随机叶片分布方法，有助于改善旋涡泵的压力脉动特性，对改善燃油泵的NVH性能具有重要的工程应用价值。

针对工程应用中可控震源振动器扰动量大、信噪比低等问题，结合重锤运动轨迹检测试验，通过理论计算与数值模拟，开展了重锤活塞杆动态行为规律研究；在此基础上，开展振动器扰动控制研究，提出竖直进油方式振动器，与横向进油时的结果开展对比仿真分析，并进行竖直进油振动器扰动试验验证。结果表明：横向进油方式下，重锤受绕z轴的转动力矩作用且活塞杆存在变形，导致重锤上某点的运动轨迹为空间曲线，增大了振动器的扰动量，因此，横向进油方式是导致振动器扰动大的直接原因；竖直进油方式下，重锤不再受转动力矩影响且活塞杆变形得到极大改善，有效降低了振动器扰动量。研究结果对改善输出信号品质、提高输出信号分辨率具有重要的工程意义，建议在振动器的设计中采用竖直进油方式。

为对电动汽车动力电机馈能效率进行研究，方便馈能效率的测量，提出一种基于滑模控制算法的PMSM（permanent magnet synchronous motor）馈能研究方法，即通过控制电动机的输入电压与电流来驱动相同性能的电动机发电。首先以馈能理论为基础，建立包含滑模变结构控制、空间矢量、PMSM等模块的PMSM馈能系统仿真模型，并进行离线仿真分析。结果表明：采用所提出的馈能方法可达到70%左右的馈能效率，具有一定的可行性。同时，建立PMSM馈能系统dSPACE硬件在环试验平台，对其进行硬件在环试验验证。试验结果表明：电动机馈能效率在60%~80%的范围内，与离线仿真所得结果较为接近。这不仅验证了所建立的馈能仿真模型的正确性，且进一步证明了纯电动汽车动力电机自身馈能在节能方面的可行性。所提出的馈能方法能够为目前现有馈能方式提供更多选择，硬件在环试验研究也能够为后续的PMSM台架和实车试验研究提供一些技术支持。

由于装配需要或者制造误差等因素的影响，连接板的螺栓与螺栓孔之间不可避免地存在间隙，而且间隙的变化对连接板的模态频率有一定的影响。通过研究螺栓与孔间隙对单搭单螺栓连接板模态频率的影响机制，讨论一种基于变通孔直径的螺栓连接动力学设计方法。首先，基于ABAQUS软件和Python语言，建立了包含变通孔直径的单搭单螺栓连接板有限元计算模型；然后，探讨了螺栓连接板在一端固支、两端固支两种边界条件下螺栓与孔间隙变化对连接板模态频率的影响机制；最后，提出了一种基于变通孔直径的螺栓连接板动力学设计方法。结果表明：当通孔直径为螺栓直径的1.02~1.20倍时，通孔直径的变化对螺栓连接板各阶固有频率的影响可忽略；通孔直径大于螺栓直径的1.21倍时，其变化对连接板模态频率有明显的影响，且影响程度各异。研究表明在特定激励环境下可通过改变通孔直径来改变系统模态频率，从而避免结构共振。该方法为螺栓与孔间隙对复杂螺栓连接系统固有频率的影响分析提供了参考，也为螺栓连接系统的抗振疲劳设计问题提供了思路。

海底层状地基极限承载力的预测是海上自升式钻井平台插桩作业设计的关键。目前，成层土地基极限承载能力的确定主要依靠经验公式，但其适用范围和限制条件并不明确。为了研究桩靴在硬软双层黏土地基中的极限承载力，将自升式平台的插桩过程视为桩靴在半无限弹塑性地基上逐渐贯入的准静态过程，将土体视为满足摩尔库伦屈服准则的各向同性弹塑性体，桩土之间的接触定义为符合库伦摩擦定律的主从接触面接触，在ABAQUS平台上利用非线性有限元法对自升式钻井平台桩靴在硬软双层黏土地基中的极限承载力进行数值计算，分析上、下土层强度比和上层土相对厚度比对极限承载力的影响，并与现有经验公式的结果进行对比。结果表明，Brown&Meyerhof公式和投影面积法只适用于硬软差别明显的双层土地基。当上层土相对厚度比H/B一定时，上、下层土强度比S_ut/S_ub越小，双层土地基的极限承载力越大。当H/B=1.0时，只有在S_ut/S_ub > 3.0的情况下才可用Brown&Meyerhof公式计算其极限承载力，而投影面积法适用于4.0 < S_ut/S_ub < 6.0的情况。当上、下层土强度比一定时，上层土相对厚度比越大，下部软土层对双层地基极限承载力的影响越小。在S_ut/S_ub=3.0时，只有在H/B < 1.0的情况下，Brown&Meyerhof公式和投影面积法计算的双层土地基的极限承载力才是合理的。上、下层土强度比越大，上层土相对厚度比越小，发生穿刺的可能性就越大。所得结论对于插桩作业的设计和施工具有一定的工程指导意义

针对煤矿液压支架四连杆受力计算较为复杂，简化计算时易出现较大误差且稳定性较差的问题，提出从四连杆机构的空间受力出发并结合支架的运动轨迹，采用粒子群优化算法对四连杆机构展开优化研究。首先建立了四连杆优化模型，在优化模型中选取对结果影响较大的参数作为优化变量，以轨迹偏差、连杆长、连杆力之和作为目标函数，根据液压支架设计规范确定约束条件。然后使用粒子群算法对目标函数进行迭代求解并在求解过程中采用惩罚函数法解决优化模型中不等式约束问题。对比优化前后连杆的杆长、受力和稳定性数据，发现优化后的四连杆实现了轻量化，且受力较小，稳定性提高。研究结果对四连杆的设计有实际参考价值。

针对智能立体停车库中自动导引运输车（automated guided vehicle，AGV）存取车路径规划问题，采用分时利用策略，将Dijkstra算法和时间窗法有效结合，提出了一种基于动态时间窗的泊车系统路径规划方法。首先，通过引入优先级策略为接收任务的AGV设定优先级；其次，采用Dijkstra算法，按照任务优先级高低次序，依次为接受任务的AGV规划出最短可行路径；最后，在已知AGV可行路径基础上，通过对可行路径各路段的时间窗进行初始化、实时更新以及实时排布处理，实现多AGV的无冲突路径规划。为验证所提方法的可行性和有效性，以4台AGV同时工作的智能立体停车库为实例进行仿真测试。结果显示：所提出的路径规划方法不仅有效解决了目前多AGV路径规划柔性差、易出现死锁、碰撞冲突等问题，而且可在有效解决路径冲突的前提下，为接受任务的AGV规划出一条时间最短的优化路径。所提方法具有较好的鲁棒性和柔性，有效提高了智能立体停车系统整体运行效率，降低了存取车等待时间。

为解决高速干切滚齿工艺参数决策中存在的主观依赖性强和用时较长的问题，并实现滚齿加工低碳化，提出一种基于实例推理和优化算法的高速干切滚齿工艺参数低碳优化决策方法。利用反向传播（back propagation，BP）神经网络构建加工效果评价值的预测模型，通过改进K-means聚类算法获取待决策工艺问题的相似实例抽取集，以此构建待优化工艺参数约束，再运用花朵授粉算法（flower pollination algorithm，FPA），以碳耗最小为优化目标，获取待决策工艺问题的最优工艺参数。以某企业高速干切滚齿机为例，验证了该方法的可行性和有效性。使用该方法生成的工艺参数，加工效果更好，碳耗更低，可避免对工艺手册或个人经验的依赖，提高决策效率。研究结果有利于高速干切滚齿机的低碳运行，对机械制造企业实现低碳制造具有一定的参考意义。

为实现采煤机在煤岩截割过程中滚筒载荷受力的测试与分析，现场建立等比例大型采煤机力学特性分析研究实验平台，采用等效结构惰轮轴传感器测试方法，针对滚筒式采煤机在煤岩截割过程中采煤机滚筒载荷变化进行实时动态在线监测，采用无线信号发射装置实现测试数据的实时传输。现场截割实验结果表明，在采煤机截割煤岩过程中，滚筒x，y，z三向上的载荷峰值差分别为29.941，17.459和7.371 kN，载荷变化显著，测试结果符合现场实际工况，为实现采煤机煤岩动态识别以及自动调高控制提供了重要的理论和数值依据。

为了实现远程脉象诊断，设计了一套远程脉象复放系统。针对当前脉象复放装置反应慢、控制复杂的不足，设计了新型的机械与液路相结合的脉象复放装置；针对复放脉象不能根据"浮、中、沉"不同压力产生变化的缺陷，设计了智能压力反馈模块，运用自适应逆控制算法对输出误差进行校正。设计实验对比复放脉象和采集脉象，分析两者相关性并对脉搏波特征参数进行t-检验分析。结果表明：复放波形和采集波形之间脉搏波特征参数无显著性差异，且2种波形相关系数大于0.91，具有显著相关性。邀请3名老中医对系统进行盲测，正确率均在93%以上，证明该系统可以准确实现远程条件下脉象的复放，可应用于中医远程脉诊及中医教学领域。

为了解决传统土壤界限含水率检测中存在的需人工现场操作、耗时久、数据采集困难、数据传输实时性差等问题，设计了一种土壤界限含水率自动检测系统。该系统以西门子S7-200PLC为控制核心，由传送带、正方体容器、搅拌容器、电子秤、抹平系统、圆锥仪和加热箱等组成，使用MCGS组态软件进行数据监控，并采用采样烘干法测定含水率，液-塑限联合测定法测定液、塑性指数。实际应用中，该系统能够完成自动搅拌、多组数据同时测定和数据实时传送，基于含水率和液、塑性指数实现土体的分类以及地基土承载力的估算。该系统具有自动化程度高、操作简单及成本低廉的特点，能够广泛应用于各种土壤界限含水率的测定，对农业工程的设计和实施具有一定的参考价值。

为了提高塑壳断路器的分断能力，对其灭弧室进行优化设计。基于电弧开断过程的理论研究，提出提高电弧电压的3种方式：1）优化灭弧栅片的结构，采用第1片引导、最后一片阻隔加上中间正常排布的方式，实现良好的切割电弧的效果；2）增加电机槽的磁吹结构，通过提高电弧受到的磁吹磁场强度来加快电弧的运动速度，借助ANSYS仿真方法可得新增加的磁吹结构使电弧增加了97 N的磁吹力；3）增加气吹结构，利用降低弧柱的温度来提高弧柱压降，采用介质恢复强度快的产气材料PA66作为气吹片。组合使用得到优化后的设计方案并制作样机，在室温（25℃）及415 V交流电压条件下进行短路分断实验，其分断能力由50 kA提升至70 kA，同时燃弧时间由5 ms缩短至3 ms。实验后拆解样机发现有部分试品出现灭弧室外壳破裂的问题，则将栅片基座开裂位置的壁厚增加2 mm，借助ANSYS的静力分析模块，对变更前后的外壳进行等效应力比较，分析结果显示新结构的强度提升了40.2%，再次装配样机后，最终顺利通过工程试验。研究成果对后续塑壳断路器的新品开发及改进设计具有一定的参考作用。