在陶瓷基复合材料的先驱体浸渍裂解（Precursor Impregnation Pyrolysis，PIP）工艺中，先驱液的黏度影响先驱液浸入纤维预制体内的效果和效率，而黏度本身受浸渍剂中溶质质量分数的影响．为提供优化浸渍工艺的理论依据，本文建立了不同溶质含量下先驱液的表观黏度模型．通过引入描述固、液相含量变化的序参量，建立先驱液切应力、剪切速率及序参量之间的相互关系，而后基于朗道相变理论及拉格朗日能量泛函变分原理，构造并求解了序参量微分方程，得到了表观黏度、质量分数和剪切速率在子域中的近似解析表达，并采用Bernstein多项式一阶近似拓展到整个求解域，获得了不同溶质质量分数的先驱液黏度模型．最后，选择了粉末和黏合剂两种添加物混入的先驱液，通过计算不同质量分数添加物对先驱液黏度的影响，验证了方法的有效性，并基于黏度模型分析了溶质质量分数和剪切速率对先驱液表观黏度的影响．

岩土颗粒材料的力学响应呈现多尺度特性，开展有限元法（Finite Element Method，FEM）和离散元法（Discrete Element Method，DEM）耦合的多尺度模拟可在反映多尺度响应的同时兼顾计算效率．为此，基于国产高性能离散元软件MatDEM开发了GPU并行FEM-DEM耦合计算程序，并结合颗粒孔隙分形特征对计算参数和结果进行分析．首先，采用多重分形理论研究了颗粒孔隙空间分布特征，确定了关键分形指标．其次，通过单元和双轴压缩试验验证了FEM-DEM耦合程序的可靠性．最后，基于双轴压缩试验研究了不同位置处表征元（Representative Volume Element，RVE）的细观响应．结果表明，RVE内孔隙空间分布具有多重分形特征，当颗粒数量超过400时，孔隙空间分布的自相似性确保了RVE内颗粒集合均匀化后输出应力-应变响应的稳定性．容量维数D₀和奇异指数α₀由于表征孔隙分布的平均信息而与RVE体应变具有线性相关性，可作为反映颗粒材料空间特征复杂性的简洁内变量．研究结果为分析工程尺度颗粒堆积体的宏-细观力学联系提供了一种方法探索．

作为生命的核心遗传物质，脱氧核糖核酸（Deoxyribonucleic Acid，DNA）拥有独特的物理与化学特性，展现出丰富的力学性能，在基因表达调控、病毒侵染机制、疾病诊断和智能纳米器件中起到了关键性作用．深入理解DNA类材料从分子尺度到宏观器件尺度的力学性能与力学行为，为揭示生命活动物理本质、发展生物医学检测技术、实现动态纳米器件精准设计提供了基础．本文系统概括了DNA类材料力学性能的研究进展及其在生物医学与纳米技术中的应用．首先，介绍了不同尺度DNA系统的重要实验进展，重点阐述了实验揭示的微观结构和环境条件对于DNA类材料力学性能与响应的影响．其次，探讨了DNA类材料力学行为理论模型的发展，揭示了相关实验结果的潜在力学机制．最后，指出当前关于DNA类材料力学研究与推广应用中存在的问题，展望了通过“数智力学”等新研究范式推动DNA类材料力学研究发展的前景．

本文针对位移激励作用下简支梁桥结构的非线性隔振问题展开研究，采用增量谐波平衡法（Incremental Harmonic Balance Method，IHBM）求解简支梁桥非线性振动响应的近似解．以三弹簧体系构成的准零刚度（Quasi-Zero Stiffness，QZS）隔振器与简支梁桥耦合系统为研究对象，基于经典欧拉-伯努利梁理论，建立了位移激励下的运动控制方程，并通过IHBM进行了系统性求解，完整推导了其解析过程．研究采用广义坐标形式，将最终求解结果转化为线性矩阵方程，实现了计算过程的程序化与标准化．为验证IHBM近似解析结果的可靠性，研究将IHBM计算结果与四阶龙格-库塔算法（ODE45）的数值解进行了对比分析，结果表明IHBM方法在计算稳定性和结果完整性方面均表现出显著优势．同时，本研究通过参数化分析探讨了隔振器关键参数对系统振幅的影响规律，进一步证实了IHBM在非线性隔振研究中的有效性和工程实用性．本文成果为简支梁结构的非线性隔振分析提供了新的理论依据和方法参考，对工程实践具有重要的指导意义．

超薄芯片剥离工艺作为柔性电子封装流程的核心步骤，是高良率生产的技术保障．本文针对滚轮卷拉与排针顶推两种剥离工艺，建立“芯片-胶层-衬底”叠层结构的理论模型，结合有限元仿真揭示其力学行为差异．通过提出基于胶层界面断裂能与芯片表面损伤应力竞争关系的双判据安全准则，克服剥离工艺安全性量化评估方法的局限．研究表明：顶推工艺在超薄芯片剥离安全性上显著优于卷拉工艺，卷拉工艺仅针对软质厚衬底上剥离大尺寸厚芯片具有较高的工程应用价值．创新性提出了卷拉-顶推组合技术，引入实现芯片应力中和与断裂模式优化的协同匹配思路．研究为无损超薄芯片剥离技术的开发提供了理论支持，对推动微电子高良率封装技术进步具有指导意义．

针对超高性能混凝土（Ultra-High Performance Concrete，UHPC）与普通混凝土（Normal Concrete，NC）界面粘结性能与断裂行为的复杂机制，为了揭示界面粗糙度与介观结构特征对界面力学性能的影响规律，本文通过界面直接拉伸与直接剪切试验对比光滑、高压水枪、喷砂和凿毛四种界面处理方法的粘结强度，结合激光扫描定量表征界面粗糙度；利用X射线计算机断层扫描（X-CT）重构UHPC-NC三维介观结构，采用深度学习算法分割孔隙、纤维等特征；建立基于X-CT数据的多尺度有限元模型，模拟界面损伤演化与裂纹扩展过程．结果显示，凿毛处理界面粗糙度最高，其直接抗拉与直接抗剪强度分别较光滑界面提升123%和126%；X-CT显示界面存在水化过渡区，其影响着界面化学粘结力，且孔隙率较NC基体显著降低，钢纤维向NC基体渗透形成机械咬合；有限元模拟表明界面失效由NC基体拉伸破坏与界面过渡区（Interfacial Transition Zone，ITZ）裂纹扩展共同主导，混合破坏模式预测结果与试验观察一致．界面粗糙度通过增强机械咬合与化学键合提升粘结强度，介观结构缺陷调控裂纹扩展路径，研究成果为混凝土界面优化设计与修复工程提供了多尺度分析方法支撑．

随着我国人口老龄化程度加剧，失能老人自主进食需求日益迫切．针对现有喂食机器人环境适应性不足与刚性结构安全隐患等问题，本文提出一种集成避障路径规划与柔顺控制的新型6自由度喂食机器人系统．采用双向快速拓展随机树（Bidirectional Rapidly-exploring Random Tree，Bi-RRT）算法生成避障路径，并结合D-H（Denavit-Hartenberg）参数完成机械臂运动学逆解计算．在控制层面，引入基于阻抗模型的柔顺控制策略，通过动力学仿真验证其在突加外力作用下的柔顺特性．样机实验表明：该机器人可有效地规避障碍物，并在受到外力时体现出柔顺性．固体与半流质食物喂食成功率均达100%，流质食物因末端执行器结构限制存在撒漏情况．本研究为提升喂食机器人安全性与环境适应性提供了算法框架与工程实践参考，后续可通过优化末端执行器设计进一步改善流质食物的喂食效果．

目前超过90%的粗钢生产是通过连铸完成的，而在连铸生产过程中增加拉速能够显著提高生产效率，但会对流场造成影响，加剧卷渣、气泡卷吸的发生，会引起一系列的质量缺陷，成为了制约高拉速结晶器发展的关键问题．本文基于大涡模拟（Large Eddy Simulation，LES）耦合了流体体积模型（Volume of Fluid，VOF）和双向耦合的离散相模型（Discrete Phase Model，DPM）建立了连铸结晶器的多相流数值模型，针对三种拉速变化，从流场变化、钢-渣界面速度、钢-渣界面波动和卷渣量等角度进行分析，揭示了内部相关的变化规律，发现一定程度地提高拉速反而能够提高生产质量，为连铸生产的拉速优化提供了参考．

在熔盐罐储能发电过程中，熔盐罐罐底的陶粒层起着承载、隔热的重要作用．在循环载荷作用下，陶粒层颗粒受到挤压流动及颗粒自身接触应力等因素对整体沉降的影响分析是重要的设计依据．本文针对熔盐罐罐底陶粒层采用离散元软件EDEM中的Hertz-Mindlin接触模型建立离散元颗粒仿真模型，对陶粒层压实回填工艺及满罐工况模拟，对比分析预压实工艺、陶粒粒径分布对陶粒挤压沉降和最大等效应力的影响规律，以及离散元分析结果的随机性影响．结果表明，陶粒层高度1.6 m，陶粒粒径范围5~20 mm，采用分段压实回填工艺，重罐5万吨加载，其陶粒内部最大应力18.1~21.8 MPa，总体沉降量20.44~29.6 mm．随着陶粒粒径的增大，其最大应力降低，粒径15~20 mm时，陶粒最大应力为12 MPa，但沉降量显著增大，达到184 mm，因此宽粒径分布范围有助于减小沉降量．综合考虑，陶粒为5~20 mm粒径时，分段多次预压实工艺最优，考虑颗粒随机性波动影响，陶粒层最大应力为23.16 MPa，最大沉降量为23.5 mm，满足设计要求．

指数型功能梯度板的固有频率优化对提升结构动力学性能至关重要，本文提出一种融合光滑有限元法与代理模型的高效精确优化方法．基于一阶剪切变形理论，构建了功能梯度板自由振动分析的光滑有限元法．在计算系统刚度矩阵时，对光滑域内的弯曲应变进行梯度光滑操作，不仅避免了形函数导数的计算，而且提高了分析精度．通过在单元边中点独立插值剪切应变分量，弱化位移场与剪切应变的耦合，有效消除了剪切自锁现象．为实现对梯度指数的优化，首先采样并利用光滑有限元法计算样本点固有频率．随后，基于样本数据建立梯度指数与固有频率的代理模型，并采用黄金分割法优化梯度指数，使目标频率达到预设值．数值算例结果表明，基于分段三次Hermite插值的代理模型精度高，并且结合代理模型的优化策略显著减少了调用光滑有限元法的次数，大幅提升了优化效率，为指数型功能梯度板固有频率优化提供了高效实用的解决方案．