针对工程实际中零部件设计时的选材方法不固定,理论不完善等问题,提出了一种将预选材料的强度作为选材设计变量,以稳健优化设计为选材原则的新方法。基于可靠性四阶矩理论和灵敏度分析,建立目标对象的可靠性稳健优化模型,并利用数学计算软件MATLAB优化工具箱提供的fmincon函数对有约束优化问题进行求解,最终得出零部件可靠性保持在0.9999的情况下,稳健性得到增强的要求中给出最适合的设计材料。随后通过一个实例验证了本方法的可行性和有效性。

利用MSC.Marc有限元软件对Cu-Cr粉体致密化及颗粒流变行为进行了三维数值模拟。分析了不同颗粒排列方式压制载荷下Cu-Cr颗粒致密化、颗粒与节点的流动规律。首次再现了Cu-Cr颗粒在致密化过程中的三维流变行为。结果表明,六角形排列的Cu-Cr颗粒不仅流动性高,而且均匀性也好于方形排列的Cu-Cr颗粒。温粉冷模比温粉温模(恒温环境)在100℃条件下的致密度高0.36%,在800℃条件下高2.87%。六角形排列的Cu-Cr颗粒致密度在摩擦系数为0.1时最高为95.6859%,方形排列的Cu-Cr颗粒致密度在摩擦系数为0.5时最高为97.5343%。无摩擦理想状态下的Cu-Cr颗粒致密化并没有达到最大致密度。

基于MATLAB软件,运用理论分析方法对圆弧型三叶扭叶罗茨鼓风机的气流脉动进行了分析。理论分析结果表明,三叶扭叶罗茨鼓风机较三叶直叶而言,能减小排气脉动的噪声和排气温度,进一步提高罗茨鼓风机的性能,改善其气体脉动性噪声。

为了研究逆流冷却技术对罗茨鼓风机性能的影响,采用理论分析和数值分析相结合的方法,分析了逆流冷却罗茨鼓风机的特点。数值分析基于FLUENT软件,采用动网格方法对三叶圆弧线型的逆流冷却罗茨鼓风机内部流场进行了可压缩非定常流动的数值模拟。分析结果表明：逆流冷却技术对罗茨鼓风机性能的改善起到了重要作用,它不仅可以降低罗茨鼓风机的排气温度,提升罗茨鼓风机的排气压力,而且能够削弱甚至避免排气口处高压气体的急剧回流,降低排气过程中的气体动力性噪声。本文分析结果可为罗茨鼓风机的降噪和壳体结构的优化设计提供有价值的参考。

针对旋转式锚杆钻机不适用于坚硬岩层的问题，提出了无阀液压冲击旋转型锚杆钻机动力头结构。在正确分析冲击旋转钻孔破岩原理后，制定出无阀液压冲击旋转型动力头结构方案，并采用遗传算法优化原理，利用MATLAB遗传算法工具箱对动力头结构及尺寸进行优化设计，较好地解决了锚杆钻机的冲击钻进问题。