应用熔融沉积成型技术（FDM）制备羟基磷灰石（HA）/聚己内酯（PCL）组织工程支架,探讨其内部结构和力学性能。以羟基磷灰石和聚己内酯为原料,采用熔融共混技术分别制备HA质量分数为20%的nano-HA/PCL和micro-HA/PCL复合材料,使用自主研发的熔体微分FDM 3D打印机制备HA/PCL复合材料组织工程支架。通过显微镜观察发现,所制备的nano-HA/PCL和micro-HA/PCL组织工程支架具有均匀分布且相互连通的近似矩形的孔隙。nano-HA/PCL和micro-HA/PCL组织工程支架的断面图分析结果表明,nano-HA/PCL组织工程支架中HA粒子分布均匀,而micro-HA/PCL组织工程支架中HA粒子发生了团聚,导致nano-HA/PCL组织工程支架的拉伸强度和弯曲强度均高于micro-HA/PCL组织工程支架。因此,利用熔体微分FDM 3D打印机打印生物活性nano-HA/PCL复合材料组织工程支架在骨组织工程中具有潜在的应用前景。

人工自愈是在故障机理和风险分析的基础上,通过仿生设计赋予机器自发作用的维持健康状态的能力,从而使机器储存、补充和调动自愈力以维持机体的健康状态。透平压缩机、发电机组和航空发动机等动力机械是工业和国防的心脏设备,一旦发生故障将导致事故和巨大损失,在运行中通过自监测、自诊断和主动控制来抑制故障的发生以实现自愈化,是机器向高级智能阶段发展研究中的一个重要方向。本文总结了北京化工大学诊断与自愈工程（DSE）研究中心在人工自愈与动力机械振动故障靶向抑制方面的主要研究工作及成果,并以转子轴系不平衡和压缩机转子失稳振动为例,证明了靶向抑制方法的有效性。以上成果可为自主开发具有自愈功能的智能动力机械提供科学依据。

为识别转子的不平衡参数,建立了转子-轴承有限元模型,在逆问题的识别理论基础上通过理论故障力与等效估计的不平衡力构建目标函数,运用果蝇优化算法进行目标函数优化,从而识别出不平衡参数,并将果蝇算法识别的结果与模拟退火算法、遗传算法的结果进行对比。仿真和实验结果均表明,相比其他两种算法,果蝇算法有更高的识别精度和效率。

由于钾盐结晶器内部流动的复杂性及流域的多态性,通过实验测量很难得到其流场形态。应用计算流体力学仿真技术,对某新型钾盐结晶器在连续结晶过程中形成的流场进行数值模拟,模拟连续结晶过程的晶体悬浮及固液相混合流动状态,得到了结晶器在不同搅拌速度下的内部流场速度分布、流线图、压力分布及固相悬浮状态分布等信息。模拟结果表明,搅拌速度对结晶器内部的流场分布具有明显的影响,通过比较流场特征确定能够使此新型结晶器运行经济合理的搅拌速度为40-45 r/min,与厂家的测试结果相吻合。本文研究结果可为确定结晶器合适的电机功率奠定基础,为结晶器在不同搅拌速度下的性能预测提供参考依据。

为了更深入地了解内燃机工况与敲缸振动的关系,通过建立数学模型和仿真计算验证了内燃机气缸敲击振动峰峰值与发动机转速的非线性关系及与发动机负载的线性关系。内燃机扭矩平衡方程包含了发动机转速、负载和动力扭矩等信息,通过动力扭矩与活塞所受侧推力之间的几何关系将活塞径向加速度引入扭矩平衡方程,以活塞径向加速度在燃烧膨胀冲程上止点处的冲击信号峰峰值来表征敲缸振动的剧烈程度,整理后的数学模型显示加速度振动与内燃机转速为非线性关系、与负载为线性关系,经AVL-EXCITE仿真计算验证了数学模型的正确性。研究结果可以帮助在线监测系统和故障诊断人员根据敲缸振动对转速和负载的敏感性判断是否发生敲缸,为敲缸故障预警提供参考依据。

针对石化工艺生产中产量变化时压缩机无法连续调节负荷造成的能量浪费问题,设计了一种基于可编程逻辑控制器（PLC）控制的压缩机负荷连续调节电液系统,主要由S7-300 PLC、电液控制阀、液压驱动器和液压动力单元等组成。系统采用局部行程压开进气阀的控制原理,实现了压缩机负荷在0-100%范围的全量程连续调节,并根据实际工艺流程需求设计了逐级递推式的PID控制回路。该系统能够根据后端工艺的需求自动调节压缩机负荷,保证了工艺量的稳定,同时避免了原打回流方式造成的能量浪费。

针对高阶椭圆齿轮设计与建模过程比较繁琐的问题,进行高阶椭圆齿轮参数化设计与建模系统的研究。根据齿轮拟合传动特性推导出节曲线数学模型,依据加工原理法推导出齿轮齿廓的数学模型;使用MATLAB对节曲线和齿轮齿廓进行仿真,仿真结果用于程序参数校验以保证齿轮设计参数满足啮合要求;采用组件对象模型技术（COM）技术对SolidWorks进行二次开发,使程序能够根据仿真结果自动绘制齿轮三维模型;通过GUI完善交互界面的设计,使程序能够独立地驱动SolidWorks和MATLAB。以实际工程问题为例,计算并绘制出一对高阶椭圆齿轮拟合的三维模型,结果表明开发的程序能够大大节省高阶椭圆齿轮设计的时间,提高机械设计效率。

针对大型储罐在多种载荷作用下易发生强度破坏的问题,以某热质储罐为研究对象,利用有限元法分析热质储罐在自重、内压、液柱静压力、风载荷、地震载荷、雪载荷以及温度载荷作用下的应力强度以及变形,模拟大角焊缝区域翘曲情况,并依照JB4732—1995进行强度评定,为此类大型立式储罐的设计提供参考。

基于稳态计算流体动力学（CFD）方法,研究了压差对旋转直通式迷宫气封泄漏、流场和流场力的影响。通过网格密度分析验证了稳态CFD方法满足计算精度要求,通过影响和敏感度分析给出了压差的变化对泄漏量、流场速度流线、总压强分布、流体压力和流体粘滞力的影响。研究结果表明：随着压差的增大,泄漏量、径向流体压力、轴向流体压力、总流体压力、径向流体粘滞力、轴向流体粘滞力和总流体粘滞力均增大。

介绍了平衡式三排轴向柱塞泵的工作原理,得出了两种能实现液压力平衡的平衡式三排轴向柱塞泵结构,并对柱塞数量及分布对其流量脉动的影响进行了研究。结果表明,三排(内排、中排和外排)的柱塞数均为偶数或分别为奇数、奇数和偶数,各排柱塞相互交错排列,且内排、中排和外排的排量或流量分配为1∶1∶2时,平衡式三排轴向柱塞泵有较小的流量脉动,泵的结构也较紧凑合理。