为评估不同等效应力强度因子模型在复合型疲劳裂纹扩展预测中的表现，以及解决有限样本条件下疲劳裂纹扩展模型参数计算的问题。首先，提出了一种基于Bootstrap法的裂纹扩展参数计算方法，并对标准紧凑拉伸试样进行Ⅰ型疲劳裂纹扩展试验以得到材料参数，并利用所提方法进行样本扩增以解决样本较少的问题。其次，结合样本扩增统计得到的材料参数，采用6005A-T6铝合金紧凑拉伸剪切试样和Richard加载装置，在0°、30°、45°和60°加载角度下进行Ⅰ+Ⅱ混合模式疲劳裂纹扩展试验，以验证不同等效应力强度因子计算模型的准确性。结果表明，Irwin模型具有最高的拟合优度，大小为0.942 1，表现出最佳的裂纹扩展预测效果；加载角度的增加会导致初始裂纹扩展速率减慢，需要不同角度的试验来获取适配的Paris公式参数。研究验证了多种ΔK_eq模型的实用性，为复合型裂纹扩展行为的疲劳寿命预测提供了理论支持。

针对涂覆聚氨酯涂层复合材料层合板低速冲击的损伤问题，提出了基于复合材料层合板三维渐进累积损伤的数值分析方法和聚氨酯涂层的屈服损伤准则。首先，建立了冲蚀作用下聚氨酯涂层-碳纤维增强复合材料层合板的损伤数值模型，编写了Vumat子程序。然后，参照ASTM D7136试验标准，对涂覆1、2 mm聚氨酯涂层试样和无涂层试样进行了多种能量冲击试验。同时，利用所提损伤模型研究了纤维损伤、基体损伤、分层等主要损伤的形成原因和扩展规律，揭示了聚氨酯涂层吸收冲击能量的机制。结果表明，所提损伤模型计算得到的力学响应结果与试验结果吻合度较高，证明了所提模型的正确性。并通过对比试验证明了聚氨酯涂层对碳纤维复合材料层合板抗冲击损伤能力的提升效果。研究结论可为飞机防护涂层设计提供参考。

为提高复杂结构轻量化设计的计算效率，提出一种基于Kriging代理模型的复杂结构轻量化设计方法。所提方法融合了混合加点策略和考虑距离阈值的样本删除策略，旨在快速提高Kriging代理模型的拟合精度，进而应用于以最小化构架质量和最大应力为优化目标的转向架构架多目标轻量化模型中。然后，通过第二代非支配排序遗传算法（Nondominated Sorting Genetic Algorithm-Ⅱ, NSGA-Ⅱ）对多目标轻量化模型求解。结果表明，所提出的混合加点策略和考虑距离阈值的样本删除策略有效地改善了Kriging代理模型的更新进程，基于Kriging代理模型的复杂结构轻量化设计方法在计算效率和轻量化效果上具有显著优势。

针对设计标准规定的设计载荷不能真实反映地铁车辆焊接构架实际服役条件，以及大量随车实测数据信息在构架结构设计方面挖掘不充分的问题，基于线路实测的地铁车辆构架薄弱位置处的应力-时间历程样本信息，提出一种抗疲劳设计谱编制方法。首先，采用雨流计数法编制反映构架损伤的实测应力谱，根据疲劳损伤理论确定应力-次数-损伤关系；然后，采用贝叶斯参数估计与核密度估计得到应力外推结果，以有序样本聚类确定小应力门槛值；最后，考虑焊接部位截面突变引起的应力集中，采用热点应力法和应力线性化方法得到应力集中系数，对实测应力谱进行修正，实现设计谱的编制。研究结果表明，根据应力极值外推和归一化的应力-次数-损伤关系分析，确定小应力门槛值为3.18 MPa，相比于由传统方法确定的应力门槛值结果偏大8.19%，小应力循环次数舍弃效果显著；在确保构架满足现役条件的情况下，考虑载荷分散性和焊缝处应力集中系数，确定了设计里程与等效应力的关系，进一步说明设计谱编制的必要性。研究结果为实现构架设计载荷谱编制方法构建和结构等强度设计奠定基础。

针对双馈风力发电机组滚动轴承长期处于正常情况下缺少故障样本导致的数据不平衡、故障诊断精度低下的问题，提出一种基于扩充高质量故障样本并使用双特征提取的改进生成对抗网络故障诊断方法。首先，将有限个滚动轴承故障样本通过最大均值差异与含惩罚项约束下的沃瑟斯坦（Wasserstein）式生成对抗网络完成故障样本扩充；其次，基于双特征提取模型的方法分别对经时频转换后的时序特征与局部特征进行提取；最后，通过分类器完成滚动轴承平衡数据的故障诊断。标准数据集以及试验结果表明，所提方法故障诊断性能在缺少故障样本的同时也有所提高。

飞机进气道结构与发动机套筒之间使用沉头铆钉连接，在检修中发现部分铆钉发生疲劳断裂问题，分析认为制造过程中因铆钉孔垂直度不合格导致铆钉偏斜，造成铆钉承载能力降低，受机身振动影响引发疲劳断裂。通过有限元仿真方法研究铆钉孔倾斜对铆钉承载能力的影响，结果表明，铆钉孔倾斜会造成铆钉截面应力分布不均，且倾斜角度越大，铆钉头截面的铆钉最大应力和应力分布不均匀程度越高。不同倾斜角度下的铆钉轴向载荷疲劳试验表明，铆钉孔倾斜会造成轴向交变载荷下铆钉疲劳寿命的缩减。研究结果表明，制孔及锪窝工艺中铆钉孔垂直度不合格会造成铆钉截面内应力分布不均，降低铆钉承载能力，在飞机制造过程中应严格控制铆钉孔垂直度，以确保铆接结构的可靠性。

为提高传统夹芯板的能量吸收效率，受王莲叶脉树状分形结构启发，设计了一种仿生树状分形夹芯板芯体（Biomimetic Tree-Like Fractal Core, BTLFC）。首先，通过准静态压缩试验，发现二阶BTLFC的比吸能较传统蜂窝芯体提升了5.69%，平均压溃力提升了4.46%。其次，建立了BTLFC的有限元数值模型，结合准静态压缩试验数据，表明有限元模型误差在2.2%以内，证明了有限元模型具有较高的准确性。最后，采用拉丁超立方试验设计、Kriging代理模型及第二代非支配排序遗传算法（Non-dominated Sorting Genetic Algorithm-Ⅱ, NSGA-Ⅱ）对BTLFC的结构参数组合（尺寸比r、分叉角度θ、分形阶数D）进行了多目标优化设计。优化后BTLFC的最优结构展现了更优异的综合性能，其比吸能较传统蜂窝芯体提升了10.19%，峰值压溃力降低了12.27%，质量减小了11.79%。研究结果可为开发高性能能量吸收结构提供新的仿生设计思路。

针对滚动轴承故障的振动信号在强噪声背景下容易受到干扰不易提取的情况，提出了一种基于改进的蜣螂优化器（Improved Dung Beetle Optimizer, IDBO）算法-时变滤波经验模态分解（Time Varying Filtered Empirical Mode Decompo-sition, TVFEMD）与新型小波阈值函数去噪相结合的故障诊断方法。首先，运用IDBO对TVFEMD中B样条阶数和带宽阈值ξ进行迭代寻优，得出最佳参数组合，然后，对原始信号进行TVFEMD，得到各本征模态函数（Intrinsic Mode Function, IMF）分量，通过相关系数准则去除其中的无关分量，重构新信号。随后，运用改进的小波阈值函数对新信号进行二次去噪处理。最后，对处理完的信号进行包络谱分析，提取其故障特征频率。通过仿真模拟信号与故障模拟试验分析研究，实现IDBO-TVFEMD与改进小波阈值函数相结合的故障诊断方法和经验模态分解（Empirical Mode Decomposition, EMD）、集合经验模态分解（Ensemble Empirical Mode Decomposition, EEMD）、完全集合经验模态分解去噪（Complete EEMD with Adaptive Noise, CEEMDAN）方法的对比，研究结果表明，提出的算法模型具备更好的诊断效果。

针对某型号30 MN拉向传感器校准装置的试验断裂事故，设计了一套抗冲击防护装置。首先，基于运动学理论，建立试验工装中试件断裂过程各构件的运动学模型；然后，设计了3个冲击位置处的不同防护装置结构；最后，分别建立3个缓冲结构的有限元模型并进行验证、计算和优化。结果表明，上反力架顶板和上球头处的蛋盒结构防护装置能有效解决防护空间小、冲击力值大等问题；整套装置耗散上反力架59.5%冲击动能、下反力架60.7%冲击动能和下球头100%冲击动能；改进后下球头处的防护装置的初始峰值载荷降低62.7%。

宽温域内轴与球轴承间的间隙随温度升高而增大，同时轴承内部间隙也随温度变化而变化，轴承内圈受到增大的摩擦力矩，使内圈转速降低，从而导致外圈缺陷特征频率出现偏差，不利于球轴承的故障诊断和设备的稳定运行。考虑轴与轴承间的温变间隙，建立了宽温域内含外圈缺陷的轴承动力学模型，分析了模型的时域波形和频谱。仿真和试验结果表明，轴承振动随温度升高而加剧，外圈缺陷特征频率随温度升高而降低。根据工艺要求，适当增加轴与轴承间的过盈量，有利于降低宽温域内轴承系统的振动，提高轴承缺陷频率识别的准确性。研究结果为球轴承在宽温域的使用和健康监测提供了参考。