针对金属表面功能结构的多尺度数字化设计问题，基于机械加工表面微观形貌中存在的自仿射分形特性，探索了将Weierstrass-Mandelbrot 分形与三维参数曲面相合成的数学方法．该方法能够将表面功能结构的微观粗糙形貌与宏观模型相集成，从而有效支持表面功能结构的多尺度形貌建模． 以犁削成形的V 型毛细微通道的微流体特性为仿真研究对象，建立了具有多尺度形貌特征的三维实体模型，同时分析了雷诺数、表面高度尺度系数和分形维数等对该微通道流动特性的影响，发现: 阻力系数随雷诺数的增大而减小，随表面高度尺度系数的增大而增大，粗糙表面产生的漩涡对流体的影响不能忽视，且随粗糙度的增加越来越突出; 根据Weierstrass-Mandelbrot 函数构造的表面形貌分形维数的增加将导致通道阻力系数的减小．

为合理利用流场因素以提高整体叶盘通道电解加工的稳定性和工件表面质量,设计了一种叶盘通道电解加工用的群孔管电极. 阐述了出液孔在等距分布的情况下,孔径大小对流场均匀性的影响. 建立了流场数学模型,并利用有限元法对流动方式进行流场数值模拟. 分析表明,在电极管径、出液孔数相同且加工稳定进行的情况下,一定范围内较小的出液孔径有利于提高流场的均匀性. 为了验证这种流动方式的合理性,文中还进行了整体叶盘通道电解加工试验,结果表明,采用较小孔径出液的流动方式可提高流场的均匀性,使加工过程稳定,叶盘通道侧壁表面流纹明显减弱.

为避免传统雕刻式金属浮雕加工过程中的材料浪费，实现金属浮雕的快速制造，提出了一种基于选区激光熔化( SLM) 的从图像直接制造金属浮雕的方法．针对现有浮雕设计软件对SLM 支持不足的缺点，利用可视化工具包( VTK) 和扫描路径生成库( SPGL)开发了用于SLM 的浮雕设计制造软件．该软件具有3D 浮雕建模、浮雕模型切片、扫描路径生成和加工代码生成等主要功能，能够将图像直接转化成用于SLM 设备的加工代码．为利用SLM 分层制造的优点，减少材料消耗，文中还探讨了空心浮雕的直接制造过程．最后用316L 不锈钢粉在SLM 设备上进行了金属浮雕的加工实验．结果表明，文中方法是可行的．

分析了无动力中断机械式变速器的换挡原理，建立了换挡过程的动力学模型，设计了针对该变速器的基于离合器扭矩容量预先控制的换挡策略．基于Matlab /Simulink 软件，建立了该变速器的仿真模型，并以包括冲击度和滑磨功两个参量在内的最优换挡品质为目标，应用单纯形法和遗传算法等对换挡过程中节气门开度的控制参数进行了优化．仿真结果表明，采用所设计的控制策略和优化后的控制参数，无动力中断机械式变速器换挡过程中的换挡冲击和离合器滑磨可得到良好控制，实现动力的持续和平稳输出．

在对斜盘柱塞式液压变压器进行受力分析的基础上，建立了斜盘柱塞式液压变压器各配流口在液压变压器控制角为零和不为零时的扭矩的数学模型，并运用Matlab 进行了仿真研究，发现各配流口的扭矩是不连续的，在两个周期间过渡时存在扭矩跳动．文中还建立了扭矩跳动系数的模型，并进行了仿真，发现液压变压器的扭矩跳动系数很大，且随控制角而变化． 液压变压器较高的扭矩跳动系数是液压变压器运行不平稳的原因．

针对当前微电子芯片的高热流密度问题，设计了一种具有复合毛细芯结构的热柱．其成形工艺为利用犁切－挤压的方法加工热柱蒸发端和冷凝端表面的交错微沟槽，然后在微沟槽表面烧结一层铜纤维．文中通过综合分析热柱毛细芯的成形过程，研究犁切－挤压参数对热柱蒸发端微沟槽成形的影响，以及烧结参数对烧结层的影响．结果表明: 在热柱毛细芯微沟槽的成形过程中，犁切－挤压深度和沟槽间距共同决定了微沟槽的形貌;犁切－挤压深度越大，微沟槽表面形貌越好; 沟槽间距只有在一定范围内时才能形成较好的表面形貌; 当径向自动进给量为0. 45 mm/r、径向微沟槽夹角为3°、螺旋状与径向犁切－挤压深度均为0. 3mm 时，可获得最优的蒸发沸腾微沟槽结构; 当螺旋状犁切－挤压深度为0. 3mm、自动进给量为0. 50mm/r、轴向微沟槽间距为( 1 /180) rad 时，可获得最优的冷凝强化微沟槽结构; 当烧结温度为950℃、烧结时间为60 min、升温速率为5℃ /s 时，烧结层的烧结性能最优，和管壁结合的能力最强．

以线性加减速为例研究了螺纹过渡起始位置的确定方法; 根据螺纹切削的基本原理，分析了通过重新计算加速度或螺距增量来确保过渡时间和过渡长度固定不变的方法; 在此基础上，提出了一种多段连续螺纹平滑过渡的插补方法．仿真与加工实验表明，利用文中方法进行不同螺距或不同锥度多段连续螺纹切削时，加工轨迹没有明显的凸起和变化，可实现两段螺纹的平滑过渡，从而证明了该方法的准确性、稳定性和可重复性．

考虑结构的物理参数、几何尺寸和载荷环境的不确定性，尤其是温度场的不稳定性，对热固耦合结构进行基于可靠性约束的拓扑优化设计．首先采用一次二阶矩法得到可靠性指标，并用可靠性指标反映参数不确定性的影响．然后分别以结构柔度最小化和机构输出位移最大化为目标函数，以可靠性指标为约束条件，建立了热固耦合拓扑优化数学模型．最后将伴随矩阵敏度分析技术和准则算法应用于模型的数值求解中，并用数值算例验证了模型的正确性与适用性.结果表明，相比较于确定性拓扑优化设计，基于可靠性约束的拓扑优化设计可以找到经济性与安全性的最佳结合点，并可以获得性能更优的柔顺机
构设计结果．

为解决复杂系统可靠性威布尔分布的参数估计中存在的问题，对威布尔分布的x方向和y 方向参数估计方法进行了介绍．分析了两种方法的统计学特性，并通过蒙特卡洛模拟对两种参数估计方法进行对比．在合理选择参数估计方法的基础上，建立了某复杂产品的威布尔分布模型．结果表明: 对于复杂系统可靠性模型，当样本容量n ＞14 时可以直接采用x 方向参数估计方法; 对于n≤14 的小样本系统，需根据样本的均方差来选择参数估计方法．

采用改进的叶素理论对仿鸟扑翼机器人的空气动力学问题进行了研究，建立了低雷诺数、非定常条件下，仿中小尺度飞鸟扑翼机器人的扑动模型和扭转模型，并考虑非定常尾涡对展向气流的下洗效应，对飞行迎角进行了修正．在此基础上，建立了扑翼机器人的升力模型和推力模型．实验数据与仿真结果基本吻合，较好地揭示了气动力在下扑和上扑阶段的变化趋势．以该模型为基础，进一步分析了扑翼机器人的飞行机理和气动特性，发现升力由扑翼内、外翼段共同产生，而推力主要由外翼段产生，且改变扑翼频率对推力的影响要大于升力．结果表明，文中方法在仿鸟扑翼机器人的气动力分析方面是有效的．

为解决中型组比赛环境下足球机器人的自定位、绑架和跟踪问题，提出一种基于改进遗传算法的机器人自定位方法．首先建立根据图像上白线点与模型地图对应点距离之和最小来评定目标函数的遗传算法数学模型; 然后在遗传算法的全局自定位基础上，利用梯度优化算法局部修正主位姿，以提高自定位的精度和算法的鲁棒性; 最后针对绑架和跟踪，提出机器人运动时观测点与真实点的距离误差应符合高斯分布，并以此来更新种群状态，实现机器人的跟踪; 同时，在种群的个体适应度急剧下跌时，动态自适应调整变异概率，可以减少种群匮乏效应，实现绑架恢复自定位．仿真和实验结果表明，文中方法较基于传统遗传算法和蒙特卡罗算法的自定位方法具有更好的性能，所得自定位平均跟踪误差为( 0. 046m，0． 22°) ．

采用发散式合成法，通过重复以氨基为端基的整代产物与丙烯酸甲酯进行的Michael加成反应和以酯基为端基的半代产物与乙二胺进行的酰胺化反应两个步骤，得到一系列接枝不同代数超支化聚酰胺－ 胺( PAMAM) 分子的改性埃洛石纳米管( HNTs) .利用傅里叶变换红外光谱、X 射线光电子能谱、X 射线衍射、热重分析和透射电镜对产物进行了表征．结果表明: HNTs 表面成功接枝了超支化PAMAM，但由于空间位阻的影响，实际接枝率明显小于理论值，第3. 0 代超支化PAMAM 接枝改性HNTs 的接枝率达到27. 21%; HNTs 表面接枝的超支化大分子没有改变埃洛石纳米管的结晶结构．

采用硅烷偶联剂γ-甲基丙烯酰氧丙基三甲氧基硅烷( MPS) 对埃洛石纳米管( HNTs) 进行表面改性，并以改性埃洛石纳米管( m-HNTs) 填充硬质聚氯乙烯( PVC) 制备聚氯乙烯/改性埃洛石纳米管( PVC /m-HNTs) 纳米复合材料．傅里叶变换红外光谱分析、热重分析以及X 射线光电子能谱分析证明埃洛石纳米管表面负载了硅烷偶联剂; 扫描电镜结果表明，m-HNTs 在PVC 中分散均匀，PVC /m-HNTs 纳米复合材料的断面呈现较大的塑性变形，表现出韧性断裂的特征; 实验表明，m-HNTs 对PVC 同时起到了增韧和增强的作用，特别是使冲击强度大幅度提高，与添加未改性HNTs 的材料相比，PVC /m-HNTs 纳米复合材料具有更高的力学性能和模量; m-HNTs 对复合材料热性能的提高和加工性能的改善也有一定的效果．

利用差示扫描量热法和X 射线衍射法研究了稀土配合物( β 成核剂) 改性无规共聚聚丙烯( PPR) /等规聚丙烯( iPP) 共混物的力学性能和结晶结构的关系．结果表明: 添加0. 05%的β 成核剂能够大幅度地提高PPR、PPR/iPP( 质量比分别为70 /30、50 /50、30 /70)共混物、iPP 的冲击韧性，缺口冲击强度分别从42. 7、33. 7、14. 5、8. 3、5. 1 kJ /m2 上升至87. 8、63. 4、29. 3、13. 9、8. 2 kJ /m2，而拉伸强度下降幅度均在10% 以内; 加入0. 05% 成核剂后，PPR/iPP( 质量比70 /30) 共混物的熔融峰温从161. 9℃降至149. 8℃，β 晶相对含量从45. 3%增至53. 1%，有明显的β 晶成核促进作用; 冲击断面的扫描电镜照片显示，该体系呈现明显的韧性断裂特征; 成核剂用量增至0. 20% 时，共混物熔融峰温为159. 8 ℃，β晶相对含量为45. 1%，成核剂对共混物β 晶的成核作用减弱，增韧作用降低．

以GCr15 轴承钢球为主体，研究表面形变与钢球内部显微组织及性能的关系．利用光学显微镜、透射电子显微镜和能谱仪对经表面形变强化后的GCr15 轴承钢球内部的显微组织和成分进行观察和分析; 利用X 射线衍射技术测试钢球亚表层的残余应力分布和残余奥氏体含量; 利用显微维氏硬度计测试其硬度分布．结果表明: 基体显微组织为回火隐晶马氏体、M3C 型球状碳化物和少量残余奥氏体的混合体; 残余奥氏体体积分数为9. 75%，在基体中以薄膜状和块状两种形态存在; 钢球表面强化后，产生了残余应力层，其分布深度大约为0. 3mm，残余应力峰值及硬度峰值均出现在亚表层中，其深度约为表面以下0.1mm．

以钛氧有机物水解法制备的TiO₂胶体为絮凝剂和光催化剂，对二次纤维造纸厂的混合污水进行了胶体絮凝－光催化处理，并对絮凝机理以及光催化反应的最佳条件进行了探讨．研究表明: 平均粒径为13. 5 nm 的TiO₂胶体粒子具有良好的光催化活性; 在pH值为4、TiO₂用量( 纯TiO₂质量分数) 为0. 025% 的条件下对污水进行絮凝处理，然后在pH 值为3、TiO₂用量为0. 050%的条件下进行光催化处理时，水样COD 从909. 7 mg /L 降至103. 0 mg /L，总的COD 去除率为88. 7%; TiO₂胶体对污水中细小纤维与胶粘物粒子的絮凝主要是依靠纳米粒子在细小纤维和胶粘物质之间的架桥作用; 在光催化过程中，反应前期TiO₂胶体具有高的COD 去除率，6 h 后反应趋于平缓; 该造纸污水光催化剂用量少，能回收再利用，可有效降低能耗及水处理成本．

在无剩余污泥外排的条件下，采用序批式生物膜反应器处理高浓度生活污水时磷得到了高效去除，传统聚磷菌除磷理论无法解释此现象．为此，文中通过对系统的磷平衡分析及污泥中聚合磷酸盐和结合态磷化氢含量的监测，探讨无剩余污泥外排下磷高效去除的途径．试验结果表明: 反应器启动后在不外排污泥、连续曝气条件下连续运行38 d期间，出水总磷( TP) 去除率稳定在82. 1% ～ 91. 8%; 反应器自启动开始运行45 d 期间的磷平衡分析表明，系统共损失530. 0mg 磷; 反应器周期运行期间，干污泥中聚合磷酸盐最高含量( 以每克干污泥中所含聚合磷酸盐质量计) 仅为0. 257mg /g，污泥磷含量( 以TP 占干污泥的质量百分比计) 为1. 93%，表明该系统为非聚磷菌生物除磷系统; 湿污泥中结合态磷化氢含量( 以每千克湿污泥中所含结合态磷化氢质量计) 高达3.5mg /kg，表明系统中的磷以磷化氢气体的形式发生转化．

采用荧光光谱矩阵( EEM) 法探讨了铜绿微囊藻胞内外溶解性有机物的荧光特征，并结合蓝藻生化指标( 总蛋白含量、藻蓝蛋白含量、叶绿素a 含量以及藻毒素( MCLR)含量) 研究了氯化和短波紫外线照射( UVC) 处理铜绿微囊藻的机理．结果表明，与铜绿微囊藻相关的EEM 荧光物质主要有类蛋白质物质( 位于峰A 和B) 与类腐殖质物质( 位于峰C 和D) ．UVC 的灭活机理主要包括光降解和高级氧化，UVC 处理60 min 后胞内类蛋白质物质被降解并转化为胞外类腐殖质物质，120 min 后残留较少; 30 min 内藻蓝蛋白和MC-LR 的去除率分别达到83. 55%和94. 70%，总蛋白和叶绿素a 去除率较低．氯化处理主要依靠HClO 穿透进入藻细胞内部进行化学破坏和降解，处理60 min 后胞内外类蛋白质物质减少，而胞外类腐殖质物质增加且有明显的残留; 30min 内藻蓝蛋白和总蛋白去除率分别达到96. 44%和60. 36%，MC-LR 和叶绿素a 去除率较低．比较发现: 中等强度UVC 灭藻及有机物降解效果显著; HClO 能有效灭藻，但对水中溶解性有害有机物的控制效果不佳．

以国际通用的低矮建筑标准模型TTU( 德州理工大学) 模型为研究对象进行风洞试验，寻求适合于低矮房屋风洞试验的风场以及与风洞试验段相匹配的模型缩尺比．首先进行了1∶ 15、1∶ 30 和1∶ 45 三种缩尺模型的风洞试验，分析了模型尺寸变化对平均、脉动风压系数和堵塞特征的影响，进而在3 种不同湍流度分布的B 类风场中对1∶ 30 缩尺比的模型进行详细的风洞试验，并将其结果和其它风洞试验结果及TTU 实测数据进行分析比较．研究表明: 堵塞度为4． 9%的1∶ 15 模型的试验结果仍然显示堵塞效应不能忽略; 由于流场Ⅱ、流场Ⅲ的湍流度和实测值更接近，因而其模型风压系数的试验结果与实测值较
为一致．据此，文中给出了可用于低矮建筑风洞试验的风场．

东莞市东江大桥在国内首次采用三桁刚性悬索加劲钢桁梁新型结构，为了获得该复杂结构的模态参数和确定成桥理论计算模型，基于环境激励法，在通车前对该桥进行了模态试验，然后采用频域识别法，获得了该复杂结构的竖向、横向和扭转等模态参数．通过对比试验结果与三维有限元计算结果得出: 三桁结构整体受力性能较好; 预制栓接桥面板对整体刚度的贡献不可忽略; 梁板全刚性连接模型更符合大桥整体节点连接结构，其所计算的自振模态与相应实测结果总体上吻合较好，且理论振动频率均比实测值稍小，前4 阶的频率差在4%以内，这主要是对该桥整体节点刚度欠仔细考虑的缘故．

对一种直径1 mm 的国产NiTi 丝进行了超弹性性能试验，发现该NiTi 丝在常温下具有良好的超弹性．以该超弹性丝为材料，提出了一种新型形状记忆合金( SMA) 自复位阻尼器的构造，探讨了其工作原理．然后，采用Matlab 模拟了该阻尼器的滞回曲线，发现滞回曲线呈双旗形．最后，将该阻尼器安装在一单层钢框架模型上进行动力时程分析，结果表明该阻尼器可以有效耗散地震能量，减小结构的位移响应，其减震率达52%，并且对结构加速度反应也有一定的控制作用．

为适应高速铁路的快速发展，有必要深入分析地震作用下的桥梁动力响应．文中基于有限元软件建立了圆端型墩高速铁路多跨简支梁桥体系的全桥模型，分析了结构的自振特性，分别输入不同车速、强震记录、墩高、地震强度以及不同方向地震作用组合等工况，计算了车桥系统的弹性地震响应; 并通过赋予非线性梁单元弯矩–曲率关系，计算了有车/无车工况下圆端型桥墩的弹塑性地震反应．计算结果表明，设计地震作用下桥梁结构处于弹性状态，随着车速、墩高的增加，桥梁的地震响应呈上升趋势; 罕遇地震作用下墩底进入弹塑性状态，列车荷载对桥墩地震响应影响较小，墩底形成塑性铰，需采取措施以
保证墩底塑性铰区的安全．

针对传统隔振方法对低频振动无法取得较好效果的问题，分析了波阻块( WIB)和蜂窝形波阻块( HWIB) 对高速铁路引发的低频振动的隔振效果．首先建立了列车－路基的数值计算模型，将列车荷载简化为沿路基向前的移动荷载列，并采用基于拉格朗日算法的有限差分软件计算了埋设WIB 和HWIB 前后场地土的振动情况，最后与空沟的隔振效果进行了比较．结果表明: 对于高速铁路运行引发的低频振动，与无隔振措施相比，实体WIB 和HWIB 可分别使地表振级降低6 ～ 15 dB 和8 ～ 20 dB，特别是对于10 Hz 以内的低频振动，HWIB 能使振动幅值降低80%以上，是一种非常有效的隔振方式; 在埋深不大时，空沟的隔振效果比HWIB 要差得多．

传统的利用边坡位移进行力学参数反分析的方法构造的目标函数较为简单．为了体现滑坡土体的不同性质，文中在传统优化方法的基础上，分析了滑坡体内部土体的位移特点，并将滑坡土体分为滑坡床、滑坡面和滑坡体3 个类别．然后分别利用模糊数学和粒子群算法求得不同位置土体对3 个类别的隶属度以及3 个类别的位移权重，并根据土体的隶属度和3 个类别的权重构造目标函数．新的目标函数能够反映不同位置土体的滑移特征．最后计算了文中方法和传统方法的目标函数对强度参数的敏感度，结果表明利用文中方法的构造的目标函数对强度参数的敏感性较强，新方法的应用效果较好．

结合索网主动反射面结构，采用优化方法研究了考虑自重影响时索网面在调整索牵引下的初始平衡状态．该方法以索段长度为设计变量，以索网节点的不平衡力最小为优化目标，并针对调整索和网面张力引入相应的约束条件，能够在已知结构几何形状和边界条件的前提下方便地求解出索网中索段的初始长度．文中采用弹性悬链线解析方程来精确描述自重作用下柔索的力学特性，在此基础上推导出优化模型的敏度信息．最后，以索网主动反射面为例给出了分析的详细过程，得到了索段的初始长度和张力分布，结果表
明该方法是有效的．

基于普通强度钢材的弹塑性滞回耗能特性，设计了3 种由Q235B 钢材加工而成的小型钢耗能器．为了研究其滞回耗能性能，提出合理的构造形式，分别对3 种小型钢耗能器进行了低周往复加载试验，并对其等效刚度、耗能能力、阻尼特性等进行分析．结果表明: 弯曲型钢耗能器塑性变形较大，滞回性能稳定，但初始刚度较小，承载能力低; 剪切型钢耗能器具有较高的初始刚度及屈服力，但由于局部应力集中容易引起平面外屈曲，变形能力较差; 弯剪型钢耗能器既能提高耗能器的侧向刚度，又可避免面外失稳，兼具弯曲型和剪切型钢耗能器的优点，具有良好的工作性能．

以适用于小高层建筑的钢框架短肢组合钢板剪力墙结构初步试验结果为基础，遴选出以角钢和面外墙板共同约束的组合剪力墙结构．以该型组合剪力墙结构为研究对象，针对内嵌钢板宽厚比、面外墙板约束、钢板边界约束3 个因素进行了优化分析，并对优化后的结构进行了低周往复加载试验．结果表明，合理优化该型组合剪力墙结构可有效提高结构整体的抗震耗能能力，在模型整体高度和跨度相同的情况下，滞回曲线更加饱满，延性比提高约7. 7%，弹性抗侧刚度提高约49%，耗能能力提高约62%．