界面一致性与误差收敛性是并发多尺度计算方法中的核心问题，尤其在原子-连续介质耦合模型中尤为关键．然而，现有理论研究工作较少并且多聚焦于一维情况．本文以多分辨率分子力学方法为研究对象，通过构建原子区域与粗化区域共存的二维方形与三角形原子晶格模型，系统探究了双线性单元插值条件下不同能量采样方案对界面一致性和误差收敛性的影响．研究发现：界面次采样方案可显著提升界面区域一致性，其中包含所有近邻层的采样方案性能最优；误差分析结果显示，离散误差是总误差的主要来源，增加次采样点数量可有效降低采样误差，尤其在拉伸工况下表现显著．此外，两类晶格结构在误差收敛性方面展现出一致规律，验证了方法在不同晶格结构中的普适性．本研究显示了多分辨率分子力学方法中能量采样方案在处理界面一致性与收敛性方面的优势，为发展高精度跨尺度计算力学方法提供了理论支撑．

本文针对深海采矿工程中非粘结柔性管内传感器的集成制造工艺，研究传感器与补偿增强层的集成加工过程及其力学性能．建立柔性管补偿增强层的缠绕工艺仿真模型，系统分析了缠绕张紧力和缠绕角度对传感器缠绕工艺的影响规律，并探讨了传感器数量和缠绕角度对集成后补偿增强层抗拉性能的影响．结果表明：缠绕张紧力对传感器伸长率的影响显著，而缠绕角度对内衬层应力分布的影响更突出．集成后补偿增强层的拉伸性能受传感器数量影响较小，缠绕角度在一定范围内的变化对补偿增强层抗拉伸性能影响不大．研究结果揭示了传感器集成工艺参数与柔性管结构性能的关联性，为深海柔性管的传感器集成工艺优化提供了理论依据．

针对复合材料网格夹芯圆柱壳的轻量化设计问题，本文提出一种耦合微分求积法（Differential Quadrature Method，DQM）与智能算法的优化策略．首先，基于涂抹加筋法和能量法建立屈曲控制方程，采用DQM求解并通过有限元模拟验证了方法的有效性和精度．进一步，利用人工神经网络（Artificial Neural Network，ANN）建立了代理模型，对夹芯网格圆柱壳临界屈曲载荷进行了预测，模型结果具有良好的可靠性．将代理模型与遗传算法（Genetic Algorithm，GA）结合对结构参数进行了设计优化分析．结果表明，优化后的结构在满足力学约束前提下具有显著的减重效果．

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．

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．

由于腻子强度低，无法直接采用标准张拉断裂试验测试其断裂韧性．为了较为准确地测试出腻子等低强度材料的张拉断裂韧性，本文对紧凑拉伸试验进行改进，结合数值方法推导出了张拉断裂韧性的计算公式，并基于边界效应的影响对公式进行了修正．之后采用不同初始裂缝长度的紧凑拉伸试验，对修正公式的准确性进行验证．研究结果表明：修正公式可以直接计算出材料的断裂韧性；应力强度因子与有限边界效应无关，与相对边界条件有关，且随着初始裂缝增大，边界效应越明显；试样的断裂符合张开型断裂形式，基于修正公式求出的断裂韧性约为42 kN/m^3/2，且波动较小；通过试验验证了改进后试验方法及修正公式的准确性，研究成果可用于腻子等低强度材料断裂韧性的测试，对腻子的研发及升级迭代具有指导意义．

开缝衬套孔冷挤压强化技术是提升航空结构件疲劳寿命的关键工艺，但其工艺参数的波动对疲劳性能的影响规律研究尚不充分．本文以7050-T7451铝合金为研究对象，结合疲劳试验、有限元仿真与机器学习方法，系统分析了初孔直径、开缝衬套厚度及芯棒挤压区直径对疲劳寿命影响的灵敏度．基于7050-T7451铝合金材料的S-N曲线模型，采用临界距离线法构建了孔冷挤压强化件的疲劳寿命预测模型，进而基于该模型分析得到的数据集训练出了疲劳寿命的智能预测模型．进一步基于智能预测模型获得的40万个数据，采用Sobol全局灵敏度分析方法得到了初孔直径、开缝衬套厚度及芯棒挤压区直径等参数对疲劳寿命影响的独立及交互作用贡献度．结果表明：初孔直径对疲劳寿命影响最为显著，其独立作用及协同效应均占主导；开缝衬套厚度与芯棒挤压区直径的影响主要通过交互作用体现．研究提出初孔直径需优先优化公差控制，而衬套厚度与芯棒直径可通过协同设计降低成本．该方法为主要工艺参数识别及优化设计提供了一种高效、经济的方法，相比传统开展物理试验或通过有限元仿真分析的方法，优势显著．

对石墨烯增强复合材料倾斜输流管道在两相流情况下的非线性动力学问题进行了研究．基于von Karman非线性应变位移关系与Hamilton原理，建立了倾斜两相流输流管道的动力学方程．通过伽辽金法和四阶龙格-库塔法求解非线性动力学模型，分析了石墨烯纳米片的分布形式、质量分数以及气体体积分数对输流管道固有频率和非线性动力学的影响．实验结果表明，V型分布的石墨烯增强输流管道振动幅度最小，其次是X型分布、A型分布．此外，增加气体体积分数有助于缓解管道的流体诱导振动现象．上述结论为石墨烯增强倾斜两相流输流管道在实际工程中的应用提供了理论依据．

薄膜的自由振动分析在工程结构中具有重要意义，尤其在薄膜结构的设计与优化过程中．本文提出一种新型三角形单元，旨在提高薄膜自由振动分析中的计算精度．传统的三节点三角形单元在处理薄膜振动时，通常依赖于多项式形函数，但这种方法在复杂的振动模式和高阶频率计算中存在精度不够理想的问题．为了解决这一问题，本文构建了一种形函数包含三角函数的10节点三角形单元，所提三角形单元由三个角点、三条边的两个三等分点及重心点组成，其形函数通过面积坐标表示．推导所提单元的刚度矩阵和质量矩阵，计算薄膜自由振动的频率和模态，从而研究其动力学特性．为了评估该单元的效果，本文选取矩形薄膜和三角形薄膜自由振动作为典型算例．算例中给出本文结果、Ansys三节点单元的计算结果及理论解．结果之间的对比表明，10节点三角形单元在结构划分为较少计算单元的情况下，能够逼近理论解，且本文10节点单元与标准10节点单元的精度相当．从而说明所提有限单元在分析膜自由振动问题时具有高精度，具有进一步研究和推广的潜力．

针对水滴冲击超疏水表面压电悬臂梁的动态俘能过程，建立了水滴冲击力模型，根据欧拉-伯努利梁理论构建了压电悬臂梁力电耦合预测模型．搭建了水滴冲击试验台，测试了多种冲击参数下（水滴直径D_d=2.4~4.4 mm和冲击速度V_d=1.0~3.4 m/s）压电梁的动态响应特性，设计混合水平正交实验L₁₈（3⁶×6¹），分析了不同结构参数对压电梁输出总电能和峰值电压的影响规律．结果表明，水滴冲击激励作用下压电悬臂梁末端最大变形与输出峰值电压之间始终呈线性关系．水滴在低韦伯数和高韦伯数条件下分别呈现“反弹”特性和“飞溅”特性，且实验结果与模型预测结果均高度一致，验证了模型的适用性和准确性．悬臂梁基础层厚度是影响电学响应的关键因素，且存在最优结构尺寸使其电学输出达到最大．随悬臂梁长度的增大，抗弯刚度逐渐减小，输出电压和总电能逐渐增大；但电能密度呈现先增大后减小的趋势，在悬臂梁长度L=35 mm时达到最大d_E=4.27 mJ/m²．研究结果还可以为后续小尺寸压电梁的结构优化提供参考依据．