为探寻有效的随机振动下橡胶隔振器疲劳寿命计算方法，以某电动汽车空调压缩机橡胶隔振器为研究对象，开展隔振器路谱采集试验，获得隔振器主动端的加速度时间历程信号。利用傅里叶变换方法将加速度信号转变为加速度功率谱密度，以加速度功率谱密度作为载荷输入，在变温恒湿环境下开展了压缩机橡胶隔振器的随机振动试验，观察到橡胶隔振器主簧部位出现开裂现象。建立了橡胶隔振器的有限元模型，开展了静态特性试验，静态刚度仿真值与试验值相对误差在\pm5%以内，验证了有限元模型的有效性。利用ABAQUS进行了单位载荷下橡胶隔振器的频率响应分析，提取橡胶单元应力响应功率谱密度并导入Fe-safe中，以加速度功率谱密度为载荷输入，计算隔振器的疲劳寿命，计算结果与随机振动台架试验结果的相对误差仅为2.5%，并可有效预测橡胶隔振器橡胶单元的疲劳危险位置。最后，通过对橡胶隔振器进行结构改进，使其疲劳寿命延长至改进前的2.8倍，满足了疲劳寿命设计要求。该文研究结果有利于缩短橡胶隔振器的产品设计周期，降低样件试验成本。

为更深入地研究齿背啮合对齿轮系统非线性动力学响应的影响，提出了一种考虑齿背啮合的齿面动态接触与系统动力学耦合分析方法。首先，通过分析齿背啮合机理，揭示了齿背啮合与正常啮合的模型差异及相位关系。然后，建立了考虑齿背啮合的齿轮系统动力学模型，并结合齿轮副动态承载接触分析（DLTCA）模型，提出了系统“激励—响应—反馈”闭环的动力学耦合分析方法。该方法不仅考虑了振动位移对齿面动态接触状态的反作用，还考虑了齿侧间隙、齿面误差等因素的影响，可得到更为真实的齿轮动态啮合刚度及系统响应。研究结果表明：齿背啮合主要影响系统降速阶段的振动，对升速阶段的影响并不明显；增大齿侧间隙会增大齿轮系统的主共振转速区间，且系统振动对齿侧间隙变化的敏感度会随着间隙的增大而减小；当齿侧间隙较小时，其主要通过齿背啮合来影响系统的非线性振动特性；齿背啮合不但会改变系统发生混沌的转速，而且会改变同一转速下的混沌状态。该文研究结果可为齿轮系统的非线性动力学控制提供一定的理论指导。

大尺寸薄壁壳体尺寸和质量大，容易变形，装配精度要求苛刻。为满足航天器壳体对接装配的高精度需求，需对壳体装配偏差进行主动预测和调控。该文以某大型薄壁壳体为研究对象，采用小位移旋量法对舱段关键特征误差进行表征，得到舱段几何误差的旋量表达式以及旋量参数之间的约束关系，建立了考虑壳体关键特征误差的并联和串联装配链累积路径，并基于雅克比旋量理论对舱段装配偏差进行表征，得到基于改进雅克比旋量的舱段装配偏差传递模型。利用蒙特卡洛模拟方法对改进的雅可比旋量模型的装配阶差合格率进行数值模拟，并与仿真分析结果进行对比，提出一种量化各类误差贡献度的计算方法。以加工总成本最小为优化目标，以各类误差的变化关系和装配阶差要求为约束条件，提出一种考虑误差贡献度的舱段公差优化分配策略。对优化前后的舱段装配成功率和装配阶差合格率进行对比，发现该文方法可使壳体装配阶差合格率由原来的88.12%提高到99.56%。该文提出的研究方法可为设计人员进行主动公差设计提供理论参考。

为改善电动汽车电池箱的性能，加强各组件的安全可靠性，以某电动汽车的电池箱体为研究对象，对箱体内不同位置的电池模组的加速度响应进行研究，发现z方向3组电池模组的功率谱密度曲线的计算值和试验结果吻合性较好。考虑箱体上盖、箱体前端件、箱体后端件、箱体中部件、模组固定支架和加强件的尺寸参数，建立了电池箱主要部件的尺寸参数与固有频率、变形量和振动响应关系的响应面代理模型，开展了电池箱随机振动和机械冲击的计算，并验证了模型的正确性。基于Box-Behnken响应面法设计试验，获得了6个设计变量、3个水平的试验组合，得到相应的试验设计矩阵。采用多元回归分析拟合得到了多项式响应面近似模型，并使用多目标遗传算法进行迭代和优化，得到电池箱体的最佳尺寸参数。试验结果表明，与原模型相比，优化后箱体的一阶固有频率提高29.12%，变形量减少29.39%，振动响应降低40.31%，实现了轻量化。该文的建模和分析方法可用于计算电池箱体零部件对电池箱整体结构的影响，通过优化设计改善电池箱体的性能，加强各组件的安全可靠性。

采装作业是露天煤矿开采过程的中心环节，其能耗占露天煤矿总开采能耗的大半，决定了开采效率与设备能耗。传统露天煤矿采装作业由人工操作矿用电铲完成，存在挖掘满斗率低、能耗高等问题。为进一步降低能耗，该文着眼于矿用电铲的无人化和智能化发展趋势，对矿用电铲的最优挖掘轨迹进行研究。首先，对矿用电铲工作装置进行了运动学分析，通过运动学正反解揭示装置位姿空间和关节空间的关系。其次，对矿用电铲工作装置进行了动力学分析，基于挖掘过程中装置的静力学分析以及对动态挖掘阻力、物料重力的分析，构建了工作装置的拉格朗日动力学方程。然后，基于粒子群优化算法，结合轨迹规划的优化设计模型，得到单位体积物料挖掘能耗最优的矿用电铲挖掘轨迹，分析了物料堆面特性、运行参数、拟合函数对电铲工作装置能耗以及运行稳定性的影响，并提出了兼顾节能与稳定的挖掘轨迹规划策略。最后，开展了矿用电铲最优挖掘轨迹规划的实验研究。结果表明，所提出的单位体积物料挖掘能耗最优的轨迹规划方法能够兼顾矿用电铲挖掘的高效性和节能性。

等几何分析直接采用非均匀有理B样条等计算机样条函数作为基函数，当基函数阶次大于等于2时，存在控制点与单元节点不重合且基函数支撑域跨过多个单元的情况，导致等几何分析中难以精确施加局部固定约束。针对这一问题，该文使用阶跃函数修正等几何分析的位移插值函数。该阶跃函数在局部位移固定约束区域的值为0，在其余区域的值为1，从而强制固定约束区域的位移值为0，其余区域位移插值函数还原为原形式。为减小阶跃函数对分析域的影响范围，将其阶跃区间设置成相对较小。同时，采用层次样条局部细分技术对阶跃区间内的单元进行局部细分，使细分后单元的高斯点落入阶跃函数的上升区间，进而对刚度矩阵产生作用。此外，单元局部细分后，局部约束区域周边通常会产生较大应变，从而有效提高了求解精确性。将上述方法与解析解、有限元分析结果进行对比，发现计算结果与解析解吻合。在不同的局部固定区域形状、面积及位置下，使用单元数较少的有限元粗网格及单元数较多的有限元细网格进行算例分析，发现该文方法得到的位移值、应力值更接近细网格有限元分析结果，说明该文方法能以较少的单元数达到有限元分析的求解精度，具有较好的精确性、灵活性与可靠性。

为从分子尺度阐明废木屑基生物沥青中沥青组分与废木油（WWO）之间的相互作用机理，采用分子动力学（MD）方法，基于四组分（SARA）理论建立了包括基质沥青与4种生物沥青在内的5个沥青分子模型，并利用模型的原子径向分布函数（RDF）、能量、密度与溶解度参数等对模型进行了有效性验证，通过分析WWO与沥青四组分之间的相互作用能、RDF、稳定构型的MD快照，探究其相互作用行为。研究结果显示：不同生物沥青体系中，WWO与沥青四组分之间的相互作用能均为负值，表明分子之间相互吸引；WWO与沥青各组分的相互作用能按WWO-胶质>WWO-芳香分>WWO-沥青质>WWO-饱和分排序，说明WWO与胶质分子间的相互作用力最大，与饱和分之间的相互作用力最小；WWO与沥青四组分之间的分子间RDF曲线随着其距离的增大而趋于稳定，最终区域密度与全局密度的比值趋近于1.0，表明体系内的分子在远程呈无序分布；WWO与胶质、芳香分、沥青质的分子间RDF曲线较为平坦，均未出现显著峰值，而与饱和分的分子间RDF曲线在0.5~1.5 nm的距离范围内出现了明显的波动峰，但最大峰值仅为1.24，表明WWO与饱和分在部分区域存在分子聚集。此外，通过分析稳定构型的MD快照，也发现了与相互作用能和RDF分析结果类似的结论。该文研究结果从分子层面证明了WWO与沥青四组分整体上是相容的。

颗粒物质广泛存在于自然界及人类的生产生活中，它有许多不同于常规固体和液体的力学性质。粮仓效应是一个重要的、展现颗粒物质独特静力学性质的效应，人们从理论模型、计算机模拟等方面对其进行了比较深入的研究。“筷子提米”是一个与粮仓效应密切相关的有趣物理现象，但现有研究缺乏对此现象的定量分析，特别是对临界深度的探讨。该文先将“筷子提米”所涉及的实际系统抽象简化为由筒仓、颗粒、提拉棒构成的系统，采用粮仓效应中的Janssen连续介质模型对该系统进行静力学分析，从理论上推导出一个关于临界深度的超越方程。然后，结合实验以及该超越方程的数值解，对实验中颗粒体系的转向系数、临界深度随有关物理量的变化进行了探究。结果表明：不同实验条件下的转向系数在平均值1.16附近有微小的涨落；提拉棒直径不变时，筒仓直径、筒仓质量的增大会导致颗粒与筒仓的总质量增加，临界深度随之增大；筒仓直径不变时，提拉棒直径的增大会导致颗粒与筒仓总质量的减小、提拉棒与颗粒接触面积的增大，临界深度随之减小；理论计算与实验测量结果基本吻合。

永磁同步电机具有体积小、成本低廉、可靠性高等优点，被广泛应用于工业生产、交通运输和家用电器等领域。电解电容作为永磁同步电机驱动系统中连接电网侧和电机侧的中间部分，其寿命容易受到环境温度、湿度等外部因素的影响，进而影响电机产品的稳定性和可靠性，因此，无电解电容的永磁同步电机驱动系统成为了国内外的研究热点，学者们针对实现高功率因数、抑制电流谐波、电机稳定运行等目标提出了各种各样的控制策略。该文分析了无电解电容的永磁同步电机驱动系统电能质量和电机性能的影响因素，综合对比了不同控制策略的优缺点，对优化系统性能的控制策略进行了归纳和总结，并对永磁同步电机无电解电容驱动技术进行了展望，得到以下结论：当前对电能质量的改善主要采用优化电机控制算法的方式，但现有的间接功率控制、直接功率控制、补偿相电流非理想特性、再生能量控制等方法均存在一定的局限性；对电机性能的改善主要针对传统的弱磁控制、过调制等基于恒定母线电压的控制策略来进行，同时兼顾抑制拍频现象和保证电机稳定运行，后续研究中需要进一步考虑功率因数和电流谐波是否满足标准；兼顾电能质量和电机性能的综合调控是当前无电解电容驱动系统面临的最大难题，因此，需针对电网侧和电机侧进行协同控制，以合理分配功能，避免产生冲突。

为探究影响煤液化调节阀服役寿命的影响因素，保障煤液化系统运行安全性和稳定性，针对调节阀内气-液-固复杂多相流问题，基于湍流模型、空化模型和离散相模型开展数值仿真，研究了阀内冲蚀磨损和空化空蚀的分布特征，获得了阀芯关键部位的空蚀-冲蚀耦合速率。通过实验再现了调节阀工作时流道内含固多相流的空蚀-冲蚀耦合磨损行为，分析了金属锡制阀芯在连续空蚀-冲蚀复合作用下的损伤形貌，采用粗糙度值定量评价了不同工况下锡制阀芯的损伤程度，探究了阀芯表面的冲击疲劳与复合损伤机制。结果表明：煤液化调节阀内空化发生的主要区域为节流口至阀芯头部的区域，空化发生的范围随着进口压力的增大而增大，空蚀强度也随之增强；不同进口压力下，阀芯表面冲蚀磨损速率的极值均出现在阀芯头部，最大冲蚀磨损速率为1.42 × 10^-4 kg/（m²·s），是其他冲蚀区域的10倍以上，其原因是阀芯头部高速流体的回射流裹挟了粒子撞击阀芯头部，同时空泡的溃灭亦冲击了阀芯表面。研究还发现，长时间工作在冲蚀-空蚀耦合作用下的调节阀阀芯表面呈现沟槽和蚀点等特征形貌。

针对常规气/水介质湍流噪声强度数值求解耗时长、效率低的问题，建立相似流动条件下气/水介质钝体/空腔湍流噪声强度的神经网络预测模型，以根据水下噪声强度高效预测同雷诺数下的气动噪声强度，为气/水介质湍流噪声强度的高效预测以及控制方法、测噪试验介质可替换性的研究提供技术支撑。开展粒子图像测速试验，测得开缝圆柱绕流速度以验证数值方法的有效性。采用大涡模拟方法构建气/水介质湍流噪声强度的数值模型，模型的平均速度计算误差小于2.25%，测试值与模拟值的斯特劳哈尔数误差仅为0.89%。由数值模型获得1 338条数据信息，用于构建训练样本数据集。基于关键流动参数构建BP（反向传播）神经网络来映射气/水介质湍流噪声关系，并采用Levenberg-Marquardt算法训练预测模型，该模型以Sigmoid函数作为激活函数，包含8个输入神经元、1个输出神经元以及单隐藏层。研究结果表明：所提出的BP神经网络预测模型可根据水下噪声强度预测同雷诺数下的气动噪声强度，最大预测误差小于6.21 dB，平均误差为0.44 dB，模型泛化能力良好，在测试集非规律点处的总声压级误差为0.27 dB；相同硬件环境下，数值求解用时约30 h，BP神经网络模型预测用时仅70 s，显著提升了计算效率。

大口径楔式闸阀广泛应用于石油、化工管道系统，其常承受介质动压载荷与温度载荷的耦合作用；耦合载荷不仅会加剧阀门结构的变形，增加阀杆与阀盖的摩擦磨损，也会影响流体流态，严重时甚至会诱发流激振动，造成阀杆断裂。该文针对DN1 200 mm大口径闸阀实际工程应用中的阀杆断裂问题，采用过程离散分析法划分多阀板位置，利用ANSYS数值模拟技术可视化了闸阀流场的流动特征，基于傅里叶信号分析法揭示了流体域的压力脉动响应，并对阀门管道液流系统进行模态分析和谐响应分析，研究了特定行程下多物理场耦合作用的阀杆和闸板共振特性。结果表明：当闸阀启闭且行程较小时，阀后因闸板扰流作用出现大的卡门涡街和回流现象，流体压力脉动增大且流动紊乱，进而诱发阀门管道液流系统产生大的共振幅值，导致阀杆断裂。基于此，提出在阀后添加扩管，发现添加扩管可缓解阀后涡流和回流，减小压力脉动，进而避免流激共振的发生。该文还定性和定量分析了扩管尺寸对流体压力脉动和共振幅值的削弱作用，对比研究表明：扩管直径为1.3倍管径（1 560 mm）且长度为1倍管径（1 200 mm）时，减振效果最好。该文研究结果对大口径闸阀的减振优化研究具有一定的指导意义。

目前，基于数据驱动的传统非线性系统建模方法主要着眼于模型拟合和应用，鉴于此，该文针对来自系统的某个重要参数受不确定性影响的最大容忍极限输出，构建基于最小二乘支持向量回归（LSSVR）的上边界模型，深入剖析了上边界模型的精度与稀疏特性之间的平衡关系对上边界模型输出的影响。首先，借助LSSVR的优化问题，将原等式线性约束变成满足上边界模型的不等式约束；接着，为提高模型精度，引入基于上边界模型预测输出与实际输出之间逼近误差的不等式约束；与此同时，借助LSSVR的权值二范数来控制上边界模型结构的复杂度，从而构建出新的目标函数，并与满足上边界模型的不等式约束建立新的优化问题；最后，对所建立的优化问题引入拉格朗日函数并借助Karush-Kuhn-Tucker最优化条件来获取相应的对偶优化问题，并将其转化为标准的二次规划问题来求解上边界模型的参数。由于所构造的新优化问题满足凸性，因此模型系数解是全局最优的。该文还通过实验分析了反映模型精度的最大逼近误差、均方根误差及反映模型稀疏特性的指标，论证了所提方法的有效性和优越性。