为了解决增材制造过程中因为倾角小于临界值,造成倾斜结构无法直接打印的问题,提出一种适应增材制造构件倾角约束的拓扑优化方法,该方法建立了一种新的单元密度更新迭代规则,规定每个单元的可打印密度与相应支撑区域内单元的可打印密度之间的关系。将该迭代规则应用于拓扑优化方法中,优化得到的结果能直接进行增材制造,无需其他处理。以MBB梁和悬臂梁为例,定义不同的基底方向,拓扑出相应的构型,并对构型进行模型重构,测量典型的倾角大小。结果表明所提出的方法能够约束构型的倾角,实现在不添加附加支撑的情况下进行打印。

基于空间曲线啮合原理,研究一种无侧隙的锥形线齿轮机构。以圆锥螺旋线作主动齿轮接触线,根据共轭曲线啮合理论,求解与之共轭的从动接触线。建立通过接触点且垂直于主动轮角速度方向的凹凸接触的无侧隙圆截面,并根据截面参数求解主、从动轮的中心线方程。以圆截面沿着中心线扫描构建无侧隙的凹凸接触齿面。共轭的接触线存在于所构建的空间曲面上,并根据截面圆半径和端面圆锥周长讨论极限齿数存在的情况。根据齿面方程建立三维模型并进行运动学仿真实验。实验结果表明,通过该方法构建的锥形线齿轮机构能够以设计的传动比实现平稳传动过程。在线齿轮啮合方程的基础上,提出一种新型锥形线齿轮齿面构建方法,为正交轴齿轮传动提供了新的解决方案。

为提高结构可靠性分析问题求解的稳定性和计算效率,提出一种基于乘子法的结构可靠性分析方法。该方法针对正态分布的独立随机变量,从结构可靠度问题的KT条件出发,结合拉格朗日函数,构造出了相应的增广目标函数,并利用外罚函数法进行求解和结构可靠性分析。数值算例和工程算例验证了该方法的稳定性和有效性。

串行迭代模型中信息不确定性导致任务的迭代返工,增加了任务的总执行时间。针对这一问题,通过对上、下游串行任务执行过程的分析,得出造成信息不确定性的主要原因,确定信息不确定度函数,构建考虑信息不确定性的串行迭代时间模型。进而通过对该模型的分析得到任务间的依赖关系指数和上、下游设计人员间的交流次数对迭代返工时间的影响规律,从而为缩短产品开发过程中任务的迭代返工时间和总执行时间提供了理论参考。以某机械产品的开发项目为例,验证了模型的有效性。

针对大容量耦合设计任务采用串行执行方式会导致设计项目开发周期冗长、规划方案数量庞大这一问题,通过对聚类分析对象的特点与耦合设计任务的特点进行分析比较,阐述了聚类分析用于缩短耦合任务执行周期和减少其规划方案数量的可行性,进而提出了一种基于聚类分析的大容量耦合设计任务规划的新方法,以获得耦合设计任务的最佳执行顺序及最短执行时间。以某机械手的研发过程为例,验证了该方法的有效性。

针对现有数控机床滚动直线导轨副的研究仅限于外力小于临界力时的情况,求解了当外力大于临界力时的静力学特性参数。假设在轻载下,滑块和直线导轨都给滚珠施加相等的压力,则滚珠的压缩变形量是传统结果的2倍,据此对外力小于临界力时的刚度公式进行了改进。考虑在重载下上滚珠受力但下滚珠不受力,建立了滚动直线导轨副的刚度公式,从而构建了外力小于临界力以及大于临界力时的完整刚度公式,并通过有限元法获得了滚珠与滚道之间的接触应力和接触变形量。理论分析表明导轨副在轻载下,上滚珠力是外力的隐函数,但外力是上滚珠力的显函数;在轻载和重载的整个范围内,导轨副的所有静力学特性参数都是上滚珠力的显函数。仿真结果表明当外力小于临界力时,上滚珠力和刚度均随预载荷等级的提高而增大;当外力大于临界力时,导轨副刚度随外力...

龙门架在矿用扒渣机转载机构中起着承载和转向的作用,为了减轻转载机构的自重并提高龙门架在复杂工作环境下的稳定性,基于结构拓扑优化理论,以龙门架结构刚度最大为目标,对转载机构龙门架进行复杂工作环境下的结构优化设计,得到了龙门架的初步优化结构构型,根据该构型对龙门架进行模型重构,并进行力学分析,与原模型力学分析结果对比,结果表明优化模型较原模型具有更好的刚度,且重量大大降低,证明了文中优化设计的有效性。

针对耦合设计任务执行工期的不确定性,应用模糊理论,并结合并行耦合迭代模型,建立并行耦合设计任务模糊工期模型。采用相离度和质心相结合的排序方法求解该模型,得到每次迭代返工的关键任务,通过对关键任务投入更多资源来实现设计任务工期的优化。以某飞行器的开发过程为例,验证了该方法的有效性。

研究复变量法对拓扑优化问题敏度分析的有效性和可行性,在现有的经典理论为基础,通过使用无网格伽辽金法离散问题域而求得结构场位移为例,使用O.Sigmund的经典拓扑优化方法,利用复变量来求解出目标函数的导数,然后比较复变量法和直接法某些点敏度分析的误差以及最后拓扑图形的异同,结果显示复变量法和直接法的误差极小,最后通过实际例子结果的总结归纳,能够得出复变量法比较简便易行、精度高的结论.

针对传统失效模式与影响分析（FMEA）方法难以在多重失效、多功能产品分析中高效应用,提出一种基于公理设计与FMEA结合的可靠性设计方法.通过利用独立公理对系统或产品进行完整地设计参数分解,消除设计参数之间的影响,从而对子系统或元件进行完整准确的FMEA分析.分析了风险优先数（RPN）在失效风险评估中的不足,结合信息公理的信息评价模型,提出一种基于信息公理与传统RPN集结合的可靠性评估法,通过实例验证,该方法能够更科学地对风险因素进行排序,从而指导设计师进行更准确的可靠性优化设计.