对于复杂多样性的表面，共焦测量法和变焦测量法均只能测量特定的区域信息，不能提供全局的最优测量．针对此问题，基于结构照明显微成像技术，提出了一种融合共焦测量技术与变焦测量技术的复杂表面测量方法．该方法通过建立坐标统一的双模式一体测量显微镜，充分利用了两种测量方法的优点来估算每个测量点处的表面重建置信度值，进而有效地实现了不同表面形貌数据的融合．为了验证该方法的性能，对陡峭台阶表面和复杂纹理的磨削表面进行了一系列试验测试．结果表明：该方法在兼顾共焦测量精度的同时，有效抑制了复杂表面测量结果中存在的噪点和异常点，较好地实现了对陡峭台阶表面和复杂纹理的磨削表面的有效测量．

针对齿头采用直接截断修正的双涡圈涡旋压缩机，建立了现有双圆弧齿头修正的几何模型并验证了其正确性，推导了两种修正方法下终端转角、理论排气角与修正展角的关系，得出了理论内压缩比的精确计算公式．定量分析了型线及修正参数对各齿头修正性能的影响，发现各性能之间存在明显的冲突关系．建立了一种以修正齿轴向投影面积、修正面积系数及内压比为目标的多目标优化分析模型，比较了三种多目标优化算法求解性能指标及差异，分析了3组非劣解集与目标函数可行域的关系．结果表明：遗传算法(GA)类算法更适用于该模型，与涡圈直接截断修正相比，能保证双涡圈涡旋压缩机大排量的特性下，各项性能都有所提升．

针对工厂端数据量不均衡、新增数据样本多和联邦学习中通信成本较高的问题，提出一种基于云、边、端架构的分层联邦增量学习算法．首先将行业联合模型下发到设备端，训练得到本地模型，将本地模型上传到边缘端进行融合，经多次迭代后，上传到云端加权融合行业联合模型；同时，增量学习监控模块持续监控新增数据样本作为下一次模型训练的数据样本．此方案通过计算设备端的数据权重值和新增数据样本的模型影响度，修改模型加权聚合策略，持续优化行业联合模型，并防止模型发生倾斜．实验结果表明：分层联邦学习架构可明显提高通信效率，且相比于FedAvg算法的训练集和测试集准确率分别提高了12.34%和5.36%；增量学习算法可达到持续优化行业联合模型的效果，每次训练新增数据样本都可稳定提高行业联合模型的准确度．

为获取关节级精确输出力矩值，方便实现机器人关节力控，提出一种内嵌于谐波齿轮的力矩传感器设计方案，可有效减少关节模组设计尺寸及质量．采用四对对称分布的应变片粘贴于柔轮底部，提出一种基于激光打点的精确定位方式，以提高应变片定位精度；同时利用卡尔曼滤波方法降低应变片输出信号中转矩脉动干扰；最后，通过样机试制获得试验测试结果，并推导出柔轮力矩与关节输出力矩关系．经优化设计后，内嵌式力矩传感器静态时均方根误差为1.04%，动态时均方根误差为1.27%，具备测量关节模组末端输出力矩的能力．

基于缩聚传递函数法，建立了任意连接角度板的数值模型．采用缩聚传递函数法将耦合板结构解耦，通过模态叠加法求解解耦后各子结构的振动响应，将解耦后各子结构的振动响应由局部坐标系转化为整体坐标系，进而求得耦合板在整体坐标系下的振动响应．针对L型、T型和十字型耦合板展开研究，将数值模型的计算结果与有限元计算结果进行对比，验证了方法的准确性．在此基础上分析了耦合角度和激励点位置对耦合板振动特性的影响．结果表明：该混合计算方法具有很高的精度，法向位移最大误差在1%以内．

使用腐蚀电化学原理，以多物理场耦合分析软件(COMSOL) Multiphysics作为仿真平台，基于腐蚀二次电流对一艘总长为257.7 m的养殖工船进行了腐蚀特性分析和养殖水舱腐蚀厚度仿真分析，得到了为期20 a的水舱腐蚀厚度分布、电流密度分布及重点区域的腐蚀形貌，同时分析了水体酸碱度和过电位对水舱腐蚀厚度的影响，并根据仿真结果拟合出腐蚀厚度非线性生长曲线和生长函数，最后将仿真结果与实船的腐蚀速率和腐蚀经验公式进行了对比分析．结果显示：水舱腐蚀形貌呈现自上至下的梯度分布，20 a平均腐蚀厚度为4.85 mm，最大值为4.97 mm，最小值为2.18 mm，腐蚀厚度与pH值和过电位均呈负相关关系，仿真结果与实船测量值较为接近，相比于经验公式更为精细．

为提升水面目标的检测性能，保障智能船舶的航行安全，基于YOLOv3 (you only look once) 提出了一种面向精准目标定位的水面目标检测算法．首先，利用残差密集模块改进了YOLOv3的头部网络，让不同特征间能够进行跨越式的信息交互．其次，将头部网络中的最近邻上采样层替换为了反卷积层，使得网络在训练过程中能够更加自主地学习特征缩放．最后，将普通的学习率衰减策略和余弦退火策略相结合，进一步提升网络的训练效果．利用真实水域下的图像数据对提出的方法进行训练和测试，实验结果表明：提出的方法将水面目标的检测精度提升了4.7%，实现了更加精准的目标定位．

针对水下运动目标的声学影像模糊、区域特征非稳定，易导致跟踪过程中出现轨迹中断和目标身份(ID)变更等问题，提出基于扩展目标框的DeepSORT水下目标改进跟踪方法．该方法采用改进Faster RCNN作为检测器，扩展了检测器输出的目标框，提取了目标周围散射噪声的特征，增大了目标区域感受野，解决了声学图像中目标特征稀疏的问题．结果表明：本文方法能够抑制轨迹中断和ID变更现象，在复杂场景下相较于传统DeepSORT方法的跟踪结果，ID变更次数下降了80%，轨迹中断占比下降了2.17%，有效提升跟踪网络的稳定性．

针对锚泊船舶实际占用水域面积的快速计算和分析问题，提出一种基于船舶自动识别系统(automatic identification system，AIS)数据的船舶锚位面积计算方法．首先，对AIS轨迹数据进行集成、清洗、分段等预处理，提高数据质量；其次，使用一种基于密度的停留点识别算法识别船舶锚泊点，提取船舶锚位信息；再次，使用单调链凸包算法从船舶锚泊点中提取船舶锚位边界；最后，分别使用鞋带定理和多边形形心公式完成对锚位面积和落锚点概位的求取．实验结果表明，利用该方法得到船舶锚位面积是可行的．

将TOPSIS(理想解相似程度排序法)决策模型引入到半浸桨的叶剖面设计工作中，在通过参数化实现半浸桨劈刀型叶剖面建模的基础上，通过求解不同随边曲率大小、厚度大小的叶剖面模型的水动力和通气性能，对54种半浸桨叶剖面的理论最优解与变参数模型之间的欧氏距离进行了评估和优化．最终筛选出其中的两个方案为最优方案，实现了叶剖面的优化设计分析．结果表明较优方案的半浸桨叶剖面多具备存在一定曲率且厚度较小的杯型随边形式．

为研究有限长管道端部活塞声源的辐射阻抗和辐射特性，首先在理论上定性分析了该问题与半无限长开口圆管终端辐射问题的区别和可以近似的条件；然后采用结构有限元耦合流体有限元耦合流体边界元(FE-FE-BE)法，定量研究了两个问题中辐射阻抗的异同；最后通过仿真算法研究了管道长径比、矩形活塞宽长比等因素对管端活塞声源辐射特性的影响．结果表明：当ka<0.5时，圆管端活塞声源辐射阻抗与半无限长开口圆管终端辐射阻抗几乎完全相同，当ka>1时，二者存在一定差别；管道长径比对管端活塞声源的辐射特性影响有限，而矩形活塞宽长比对声源的辐射阻抗和指向性影响显著．

针对钙砷渣的稳定化处置，建立了H2O2氧化-CaO化学稳定的一步处理法，并探究了稳定化机理．实验结果表明：当CaO和H2O2的加入量分别为6%(质量分数)和0.6%(质量分数)时，钙砷渣的砷浸出质量浓度由650 mg/L降至0.97 mg/L；H2O2可氧化钙砷渣中的As(Ⅲ)，使其在总砷中的质量分数从33.8%降至22.7%；CaO既能提高体系pH值又能提供活性钙离子，使之与As形成更稳定、难溶的Ca3(AsO4)2∙2H2O晶体化合物；二者共同作用，促使砷的赋存形态由不稳定的酸可溶态转化为稳定的可还原态和残渣态，增加了钙砷渣中砷的稳定性．

结合国内外研究现状，重点从成本、效率及环境影响三方面总结评价了从磷石膏中提取回收稀土元素的方法，并从资源化利用和环保角度出发，提出了高效科学处置磷石膏技术研究的建议．建议包括：采用高效无害的低廉试剂进行磷石膏浸出，选择对环境影响小的生物浸出方法，在提取稀土元素前采取预处理方法除杂等．从绿色经济角度出发，对磷石膏中的稀土元素进行综合回收，不仅能净化磷石膏，缓解磷石膏堆积带来的环境问题，而且能创造一定的经济效益，为磷石膏的高附加值资源化处理提供新的技术理论和发展方向．

综合国内外文献和试验数据，讨论了绝缘体的工作过程及性能要求，分析了等离子体电枢和C形铝电枢两种类型发射装置不同绝缘材料的损伤形式和失效机理．结果表明：等离子体电枢伴随的高温烧蚀和冲击是造成材料损伤的主要原因，无机玻璃复合材料、有机高分子聚合物、玻璃纤维增强复合材料及结构陶瓷材料耐烧蚀性能较差或易出现结构损伤；C形铝电枢带来的基体侵蚀、金属污染及冲刷损伤是故障发生的主要原因，韧度较低的结构陶瓷材料易开裂、玻璃纤维增强复合材料难以抵抗冲刷磨损．分析得出：陶瓷材料的增韧技术是解决等离子体电枢轨道炮绝缘问题的关键；复合材料的成分和制备工艺改进技术及表面喷涂技术是解决C形铝电枢轨道炮绝缘问题的有效手段．

为研究柴油机氧化型催化器(DOC)+催化型柴油机颗粒捕集器(CDPF)+选择性催化还原转化器(SCR)+氨逃逸催化器(ASC)后处理系统对国Ⅵ柴油机排气颗粒输运演变的影响，利用发动机粒径谱仪(EEPS)和透射电子显微镜(TEM)对排气颗粒数量、粒径分布、微观形貌进行了研究．结果表明：国Ⅵ柴油机DOC前的排气颗粒数量较高，呈单峰分布形态，峰值粒径为25～70 nm；随着排气输运的进行，DOC+CDPF后颗粒数量降低约99%，粒径分布形态转变为双峰分布，在6 nm和80～165 nm处出现两个峰值，且颗粒物团簇程度下降，分形维数减小；SCR+ASC后粒径小于12 nm的颗粒数量明显降低，12～50 nm颗粒数量增加，粒径分布保持双峰分布形态，核模态颗粒的峰值粒径增大．

采用CFD-DEM耦合数值模拟和可视化试验相结合的方法探究了扬矿泵在飞逸工况下的内部颗粒运动特性．试验结果表明：在水泵工况或飞逸工况下，扬矿泵首级导叶和次级导叶内的颗粒运动状态基本相似；水泵工况下导叶内有52.5%的颗粒均靠近叶片工作面流动，颗粒整个运动过程流动顺畅且稳定；颗粒在液相漩涡中的涡动及随叶轮反转的回流运动使飞逸工况下颗粒运动状态更多，其中40.5%的颗粒从导叶出口中部进入，跟随液相沿叶片背面平行方向从导叶流出，且发生涡动和碰撞的颗粒总占比高达59.5 %．数值模拟结果表明：在飞逸工况下，颗粒进入次级导叶之前速度增加，并在导叶出口轴向转弯处出现堵塞；叶轮内颗粒速度梯度较小，且速度分布较为混乱；在飞逸工况下，叶轮内颗粒绝对运动轨迹包角较小，偏转不明显，首级导叶和次级导叶内颗粒绝对运动轨迹基本呈中心对称分布．

针对三偏心蝶阀在高温工况下密封性能欠佳的问题，研究了三偏心蝶阀的密封结构设计原理及特点，采用有限元分析方法，分析了三偏心蝶阀在高温工况下的密封性能．对三偏心蝶阀密封结构进行参数化建模，通过最优拉丁超立方试验设计方法对密封结构参数进行抽样并计算仿真响应值，构建密封结构的组合近似模型并进行精度检验．基于NSGA-Ⅱ 遗传算法对密封结构进行多目标优化设计，得到密封结构的最优尺寸．优化后的三偏心蝶阀密封性能得到有效提升，密封面平均接触应力与最大接触应力较优化前分别增大了84.38%和75.07%，且周向接触应力分布更加均匀；同时密封圈与阀座的等效应力有所下降，较优化前分别减小了9.61%和12.24%．

针对简化的包含92种组份、332步反应的RP-3航空煤油燃烧机理，进行了压燃发动机的缸内湍流燃烧数值模拟研究，探究了分段喷射策略对柴油机燃用RP-3航空煤油的燃烧性能的影响，得到了最佳的喷油质量分数与喷油正时．结果表明：预喷质量分数为5%的RP-3与预喷质量分数为2%的柴油的缸内压力保持较高的一致性；较晚的主喷时刻会导致油气混合时间较短，燃烧质量变差；预喷与主喷质量分数分别为10%和90%，预喷正时和主喷正时分别为-12 °CA ATDC与0.5 °CA ATDC (上止点后)的喷油策略能令RP-3在该型柴油机上发挥更好的燃烧性能．

为了提高空间太阳总辐射测量的测量精度，对比利时皇家天文台研制的辐射震荡传感器(BOS辐射计)的传热系统进行了详细的分析和建模．设计一种适用于BOS辐射计的新型半球形腔体，运用有限元方法对其与已有的其他腔体类型进行比较．结果表明：新型半球形腔可以获得高吸收率、高精度的BOS辐射测量；特别是在低温环境下(20 K)，该半球形腔体具有更好的温度稳定性和抗干扰性．此外，研究了接收腔厚度和不同接收腔材料对BOS辐射计时间常数和温度响应的影响，结果表明：在考虑了在轨测量采样率及机械加工工艺后，铝制的壁厚为0.05 mm的接收腔更符合在轨辐射测量的要求．

针对现有岩爆评价指标未能全面反映岩爆特征的问题，以冈底斯造山带花岗岩为研究对象，进行了不同速率条件下的单轴循环加卸载试验，揭示了岩石在加卸载过程中的响应机理及能量分配和演化，进而建立了弹性能演化的显示表达，基于该表达提出了能同时反映危害性和可能性的岩爆危险性评价指标，利用最小损失函数法确定了相应判据．结果表明：在整个加载过程中，弹性能U e变化和总输入能U o的变化规律一致，Ue/Uo的演化可以用指数函数表示，且在压密阶段之后U e为主要的能量占比；将弹性能同最大主应力与单轴抗压强度(UCS)比值的乘积作为岩爆危险性评价指标，应用于隧道岩爆等级评估，并与实际岩爆情况进行对比，证明了其合理性．

为研究深厚覆盖层侵蚀型管涌的细观机理，基于DEM-CFD(离散元-计算流体力学)方法，构建了颗粒-孔隙尺度耦合分析模型，开展了不同水力梯度下深厚覆盖层侵蚀型管涌的数值模拟，从骨架颗粒接触力链网络的角度揭示了水力梯度对侵蚀型管涌发展的影响，并根据数值模拟的结果对细颗粒流失概率理论进行改进．结果表明：随着水力梯度的增大，细颗粒流失量减小，细颗粒流失达到稳定的时间提前，运移距离大于100 mm的细颗粒数量增多，运移距离小于100 mm的细颗粒数量减少；水力梯度越大，接触力数目越多，强接触占接触总数比例减小，接触力向y轴方向收拢；改进理论对细颗粒流失概率的预测与既有研究中数值模拟的结果较为接近．

通过构建特高拱坝三维有限元模型，引入光线追踪算法，提出了特高拱坝所受太阳辐射遮蔽情况计算方法．结合有限元数值分析方法及预计算技术，实现了各时刻特高拱坝太阳辐射影响下的坝面及库水温度的高效数值模拟．综合考虑太阳辐射下坝体与库水温度变化特性，研究了特高拱坝温度场时空分布特性，量化分析了太阳辐射对坝体变形性态的影响．以我国某特高拱坝为例，运用所提出方法研究了太阳辐射对坝体温度场及变形性态的影响．研究结果表明：通过计算太阳辐射对特高拱坝温度场的作用效应，有利于准确掌握特高拱坝实际的温度场分布情况及变形性态．