为了提高产品设计效率，从尺寸更改在零件间和零件内部关键结构间传播两个角度出发，探讨了产品更改设计过程中的尺寸数据传递流程。首先，分析了产品尺寸关联设计的基本逻辑结构，建立了更改传播逻辑元模型。然后，通过分析零件之间的装配关联及尺寸关联，建立了装配体中零件之间的关联路径以及尺寸关联更改传播模型；以变更零件为研究对象，基于零件建模过程，根据零件内部尺寸之间的连接与约束关系，建立了零件内部尺寸的更改传播路径，完成零件内部关键结构的尺寸更改传播；基于上述过程，完成了从更改源到零件直至零件内部特定尺寸的更改传播及其数据传递流程分析，最后，通过卷板机实例验证了所提方法的有效性。结果表明该方法可为产品的尺寸更改传播提供一种新的思路，为提高产品设计效率提供理论依据。

为了实现产品设计过程中各类非模型交互信息的有效记录与管理，提出了一种面向设计人员的非模型信息管理方法。为准确、客观和全面地记录设计信息，采用多样化信息载体工具对设计信息进行可视化描述，实现模型信息和非模型信息的集成管理与共享。将该方法无缝集成到产品设计软件平台和信息记录与管理软件中，开发出一套产品设计非模型信息管理系统，实现产品设计与信息管理的一体化。实例研究结果表明，设计人员通过该管理系统可实时查阅、描述和管理产品设计过程中产生的各类非模型信息，并能实现信息的自动分类与保存。研究表明所提出的管理方法和管理系统能够实现产品设计过程中非模型信息的有效管理，提高了其使用价值和产品的设计质量。

针对某行星抛光装置的构型综合问题，提出一种基于AKC(Assur kinematic chain，Assur运动链)的构型综合方法。根据平面机构组成原理，选择AKC为基本单元，按不同的构件拆除数量对它进行拆分，得到其本源构型；进而对本源构型进行结构拓扑，得到单自由度或多自由度的同源构型。分别利用双滑块结构、滑块平行四边形结构和双平行四边形结构约束同源构型多余的自由度，最终归纳综合出47种满足自由度要求的平面机构构型。根据避免机构干涉、构型简洁及偏心距可调等要求，确定了3种符合要求的构型；选择其中一种构型来设计行星抛光装置，并通过运动特性分析验证了该装置的可行性。结果表明基于AKC的构型综合方法能够实现行星抛光装置的构型设计，同时该方法可为平面机构的构型综合提供更多思路。

目前专利规避设计主要是针对单一专利进行规避设计，然而单一专利规避设计只可规避特定的专利，规避结果仍然有侵犯该专利群中其它专利的风险。因此，集成TRIZ（teorija rezhenijia inzhenernyh zadach，发明问题解决理论）创新方法与专利群规避方法，提出一种系统化的专利群规避方法，用于产品创新设计。首先，通过关键词和IPC(international patent classification,国际专利分类)的布尔运算检索确定目标专利群；然后，通过TRIZ方法中的库组件将专利群中的各个专利联系起来，并通过组件-功能分析建立专利群总功能模型图来确定需规避的问题；接着，应用组件规避、功能规避以及TRIZ创新方法来获取初步解决方案，并进行专利侵权判定及专利组合申请；最后，以某公司玉米脱粒机专利群为实例，应用提出的方法进行专利群规避设计，改进了玉米脱粒机并申请相关专利。结果表明改进后玉米从进料斗由螺旋送料装置送至脱粒辊处，脱粒辊上螺旋分布的脱粒刺使玉米边前进边旋转，达到脱粒效果，改进后玉米脱粒机具备破碎率低、脱净率高及工作效率高的优点。实例验证表明基于TRIZ的专利群规避方法有效实现了对已有专利群的创新规避设计。

针对商用车挡泥板总成失效原因不易获取、释放不易控制等问题，提出了一种基于实测载荷谱的单自由度振动系统疲劳失效解决方案。首先，分析了某商用车挡泥板总成的失效模式、断口形貌和道路载荷谱，确定了其失效类型和系统模型，通过数据分析得到该挡泥板总成可简化为单自由度振动系统，其等效刚度为固定螺栓和挡泥板支架的串联刚度。然后，分析了车架（挡泥板总成安装位置）和挡泥板支架尾端处Z向加速度功率谱密度(power spectral density，PSD)以及两者之间的频响函数和相干系数，得到了挡泥板总成的工作模态。最后，为提升挡泥板总成的质量，基于冲击响应谱（shock response spectrum, SRS）和疲劳损伤谱（fatigue damage spectrum, FDS）制定了挡泥板总成耐久试验规范。结果表明：当频率f =22.0 Hz时，挡泥板总成的响应最大，车架的Z向加速度功率谱密度较小，且两者之间的相干系数仅为0.6，说明挡泥板总成失效主要是因为其自身的某阶模态被激励；当挡泥板总成的主要工作模态为第3阶模态（f=22.26 Hz）时，其振型为反相位上下摆动，与测试结果相符；基于挡泥板总成耐久试验规范的台架试验科学地复现了挡泥板总成的失效模式，验证了试验规范的合理性。后续试验跟踪显示，改进后挡泥板总成的失效率大幅降低，售后反馈良好。研究表明该解决方案可大幅缩短新产品的开发周期，实现了改进产品和后续新产品的快速释放。

航天器的质量特性(包括质量和质心等)是影响航天器在轨运行的重要参数。为了解决太阳电池翼传统质量特性测试方法中存在的测量精度低、测量效率低、测量手段落后的问题，设计了一种高精度、高效、自动化的太阳电池翼质量特性测试方法。通过姿态调整装置对太阳电池翼进行倾斜姿态调整，并采用多次测量值取算数平均的方法，测得太阳电池翼的质量和质心。姿态调整装置可匹配太阳电池翼多种接口形式，实现多平台太阳电池翼俯仰姿态（0°~60°）的调整，并结合所提方法的集成软件算法，实现太阳电池翼质量、质心的自动求解。最后通过实验验证了所提方法的可行性。结果表明所提方法的质量测量精度高于0.01%G（满量程）+0.1kg，质心测量精度高于0.5 mm，测量时间从原先的8 h缩短至40 min，在满足测量精度的基础上，提高了太阳电池翼质量特性的测试效率，大大节省了人力成本，为后续航天器太阳电池翼生产线量产奠定了基础。

针对修井管柱在大水垂比、长水平段水平井下入困难的问题，采用修井管柱2种规格油管组合下入作业的方式，开展了不同油管长度比例对修井管柱下入能力影响的研究。基于水平井井眼轨迹的特点，综合考虑修井管柱在各井段的受力情况，建立了修井管柱在水平井垂直段、造斜段和水平段下入过程中的载荷计算模型，应用插值法、迭代法及分段判别计算法实现了模型的求解，并编制了相应的计算软件。基于现场数据进行了修井管柱下入能力的实例研究，结果表明：相较于修井管柱主体为单一线重油管和其他不同长度比例的2-7/8和3-1/2两种线重组合油管，组合油管中线重较大的3-1/2油管下入到井斜角为56.3°左右的井深时修井管柱的下入能力最佳。研究结果可为油田水平井修井管柱的安全下入提供指导。

目前，仅依靠人工经验调节压裂泵滑履与导板间隙和确定润滑油供油流量，缺乏科学依据和理论指导，导致滑履和导板磨损、烧瓦时有发生，严重缩短了压裂泵使用寿命，影响压裂作业生产安全。为此，针对6000HP压裂泵，研究了润滑油作用下压裂泵滑履与导板间的摩擦生热、散热机理，推导了滑履与导板间隙和供油流量对压裂泵润滑冷却状态的影响规律，并在压裂泵试验平台上进行了验证试验。结果表明：随着滑履与导板间隙减小，润滑油温度变化愈加明显，当滑履与导板间隙小于0.2 mm时，润滑油温度会达到360 K，超过所选润滑油的许用工作温度；供油流量的增大会使润滑油温度降低，但当供油流量超过2 L/min时，供油流量对润滑油温度的影响并不显著。研究结果可为合理制定压裂泵滑履与导板间隙、润滑油供油流量提供理论依据和设计参考。

针对新型剪刀式折叠桥梁展桥机构的优化设计问题，首先建立了展桥机构的运动学和静力学模型，然后以展桥机构关键铰点位置和岸桥节与竖直方向所成夹角为优化设计变量，以展桥机构的空间位置为主要约束条件，以展桥油缸、连杆、关键铰点受力峰值最小为优化目标，通过正规化和加权处理构造了展桥机构多目标优化分析模型，并采用遗传算法（genetic algorithm, GA）和非线性规划(nonlinear programming, NLP)混合算法对该优化分析模型进行求解。最后，利用ADAMS（automatic dynamic analysis of mechanical systems，机械系统动力学自动分析）软件验证了展桥机构多目标优化分析模型的正确性。结果表明，优化后展桥油缸承载的拉力与推力峰值分别减小了57.9%和25.3%，连杆承载的拉力与压力峰值分别减小了26.1%和55.2%，展桥机构2个关键铰点受力峰值分别减小了23.5%和26.8%。研究结果可为展桥机构的改进设计提供理论依据。

同时实现操作的灵活性与稳定性是精密工程领域的研究热点。单级柔顺正交位移放大机构可通过正交位移转换实现平行夹持，并通过位移放大提高操作的灵活性，但该机构的传统建模方法主要基于小变形假定并忽略剪切作用，导致模型精度较低。为此，对典型的单力输入单级柔顺正交位移放大机构进行精确的非线性建模与优化。考虑到剪切作用与几何非线性因素，对单级柔顺正交位移放大机构输出位移进行两步法半解析建模，以实现非线性结果的快速预测。第1步，基于能量法与欧拉-伯努利梁理论，建立该机构输出位移的线弹性解析模型，并结合小变形静力学有限元分析，拟合剪切非线性修正系数；第2步，结合几何非线性静力学有限元分析与数值拟合，建立该机构输出位移的几何非线性修正系数模型。为最大化输出位移并抑制几何非线性作用，提出机构平面尺寸和厚度综合优化策略，并利用ANSYS Workbench有限元仿真验证了机构输出位移非线性模型与优化结果的有效性。仿真结果显示，机构输出位移非线性模型的误差小于5%，且可依据不同优化策略显著增大输出位移或将几何非线性程度约束于指定范围内。研究表明利用所提出的方法对单级柔顺正交位移放大机构进行非线性建模与优化，可有效提高压电驱动柔顺微夹钳的位移输出性能与开环控制的精度和实时性，有利于实现稳定灵活的微操作。

为了研究铁路轨道除沙车抛沙板参数对抛沙高度及抛沙距离的影响，提出一种离散元正交试验方法，用于优化抛沙板参数，以改善抛沙板的抛沙高度和抛沙距离。通过多因素正交试验和基于离散元法的仿真试验，分析抛沙板的转速、弯折角度、弯折位置以及前进速度对抛沙高度及抛沙距离的影响；通过灰度分析法与极差分析法对试验结果进行分析，得出最佳参数组合，并在试验平台进行试验验证。仿真结果表明，转速对抛沙高度及抛沙距离的影响最大；在抛沙板半径不变的情况下，最佳参数组合：转速为2 r/s，弯折角度为170°，弯折位置为5/6，前进速度为1 km/h。试验结果表明抛沙板参数优化后，除沙车的抛沙高度降低了8.64%，抛沙距离减小了32.3%，这说明优化后的除沙车在满足设计需求的同时既降低了能耗又减少了沙粒对挡沙板的冲击。研究结果可为轨道除沙车的研制提供理论依据。

针对在易燃易爆混合气体定量分析中因交叉敏感易产生测量误差以及最小二乘支持向量机（least squares support vector machine，LSSVM）参数难以确定的问题，提出一种改进人工蜂群（improved artificial bee colony，IABC）算法优化的最小二乘支持向量机。首先，在标准人工蜂群（artificial bee colony, ABC）算法中引入自适应递减因子以更新步长，并结合轮盘赌和反向轮盘赌改进待工蜂跟随概率公式，从而提高收敛精度；然后，利用改进后的人工蜂群算法对最小二乘支持向量机的惩罚参数C和核参数σ²进行优化；最后，利用优化后的参数重建最小二乘支持向量机定量分析模型，并与利用常用的混合气体定量分析方法——粒子群优化（particle swarm optimization，PSO）算法优化的最小二乘支持向量机定量分析模型进行对比。实验结果表明，在交叉敏感状态下，采用改进人工蜂群算法优化的最小二乘支持向量机时的建模总时间和各组分气体浓度测量的平均相对误差均低于采用粒子群算法优化的，有效提高了混合气体的浓度测量精度。研究表明，改进人工蜂群算法优化的最小二乘支持向量机可为混合气体定量分析提供理论支撑，具有一定的工程应用价值。

基于微孔型表面织构在改善机械端面密封性能方面的优势，提出了一种新型的莱洛三角形微孔表面织构，并利用数值模拟方法考察了莱洛三角形微孔织构化端面的密封性能。首先，在动环表面上分别设置圆形、三角形、莱洛三角形三种微孔表面织构。然后，利用GAMBIT软件进行3种微孔织构化密封端面模型网格划分，利用Fluent软件分析密封端面的流场特性并获得其流场压力分布。最后，总结出3种微孔织构化密封端面的开启力、泄漏率和开漏比随织构面积率、孔深、密封间隙、操作压力及转速的变化规律。结果表明：3种微孔织构化密封端面的开启力和泄漏率随着密封参数的变化具有相同的变化规律；当S_p＝10%，h_d＝3～4 μm，h_p<3 μm，p_i<0.3 MPa时，3种微孔织构化密封端面均呈现出较好的密封性能；相比于圆形、三角形微孔织构化密封端面，莱洛三角形微孔织构化密封端面具有较大的开启力和较小的泄漏率，同时具有较大的开漏比。研究成果可为微孔织构化机械端面的密封参数优化设计提供参考。

为识别影响蜗杆砂轮磨齿机空间精度的关键几何误差项，提出一种基于旋量理论和Sobol法的几何误差敏感度分析方法。以YW7232型蜗杆砂轮磨齿机为研究对象，首先，基于旋量理论建立机床的几何误差模型；然后，采用Sobol法计算机床磨削过程中各几何误差项对空间误差分量的敏感度系数，并识别出关键几何误差项；最后，对机床的关键几何误差项进行修正，通过仿真分析对比修正前后机床的空间误差分量以及3种测量模式下球杆仪的杆长。仿真结果表明所提出的方法可有效识别出机床磨削过程中的关键几何误差，这可为提高机床精度提供理论指导。

真空绝热冷质支撑（cold mass support，CMS）是国际热核聚变反应堆（International Thermonuclear Fusion Reactor，ITER）中的关键支撑部件之一。为了检测已制造完成的冷质支撑的性能是否达到合格验收标准，在交付前需对它进行摩擦性能测试和机械强度测试。通过分析复杂工况下冷质支撑的受载特点，结合摩擦测试标准ASTM D1894-14和摩擦力的工程计算结果，设计了冷质支撑摩擦性能测试平台。基于冷质支撑的受载工况，先初步设计了冷质支撑机械强度测试平台，并通过弯矩梁的受力分析确定了10号工字钢为弯矩梁的最佳材料，再利用液压伺服装置对冷质支撑施加工况载荷，完成了冷质支撑机械强度测试平台相关设备和工装的结构设计。考虑到单独实施摩擦性能测试和机械强度测试的各项成本，结合2项测试的特点，设计了冷质支撑性能一体化测试平台。结果表明冷质支撑性能一体化测试平台能够有效缩短测试周期和降低检测成本，可为冷质支撑的工程质量认证及后续批量生产提供保障。

隔离体是回转支承重要的基础件，为掌握工作参数对隔离体使用性能的影响情况，利用M-2000试验机研究了大型回转支承隔离体常用材料PA1010、HPb59-1与轴承钢GCr15配副时的使用性能，讨论了载荷、转速、润滑剂对PA1010和HPb59-1摩擦系数、磨损量的影响规律；通过观察磨损表面的微观形貌，分析了PA1010隔离体和HPb59-1隔离体的损伤机制和失效规律。结果表明：PA1010的摩擦系数小于HPb59-1，二者的平均比值为1∶1.27；PA1010的磨损量大于HPb59-1，二者的平均比值为1.51∶1。载荷、转速对HPb59-1摩擦学性能的影响程度明显高于PA1010。采用20^#机油润滑时PA1010和HPb59-1的摩擦系数、磨损量均低于采用2号锂基润滑脂，其中：PA1010的摩擦系数减小了46.2%，磨损量降低了28.7%；HPb59-1的摩擦系数减小了43.8%，磨损量降低了29.8%。研究结果为回转支承隔离体的机械设计提供了参考依据。