为获得高性能的多组件连接结构件,需要利用优化设计方法确定组件间连接的最优位置。使用降阶模型(ROM)可以大幅降低计算成本,满足优化过程中多次重分析的需要。将Craig-Bampton(CB)方法与本征正交分解(POD)结合,利用POD构造参数变化组件的缩减基函数集合,通过组件的本征正交模态(POMs)获得子结构的降阶变换矩阵,结合动态子结构装配技术,获得整体结构的降阶模型(PCB-ROM)。算例验证结果表明,PCB-ROM的计算效率大大优于传统的CB-ROM,并且能够正确反映子结构参数变化导致的整个结构力学特性的变化,具有良好的计算精度和适用性,可以替代复杂的有限元模型,用于优化设计。

微器件动力学特性通常受到周围粘性流体阻尼的强烈影响,在器件优化设计中,需要建立静电-结构-流体三场耦合模型才能细致考虑这些影响。为研究微开关在粘性流体介质中的动/静态特性和流体阻尼,建立以Navier-Stokes方程描述流体特性的静电微开关模型并进行数值分析;与相关文献结果比较验证了计算的正确性;得到了空气和去离子水介质中微开关的静/动态闭合电压、不同阶跃电压驱动下的闭合特性和流体阻尼力分布的情况。分析认为,微开关动/静态闭合电压的差异在介质粘性较大环境中较小,而在介质粘性较小环境中较大。

器件宏模型是MEMS系统级仿真的关键.着重介绍了各种基于对器件结构经空间离散后得到的系统矩阵进行变换来构造低维近似系统矩阵的模型自由度缩减(MOR)方法,论述了各种提取线性系统宏模型方法的优缺点,接着阐述了非线性系统模型自由度缩减方法的研究现状,并对MEMS宏模型的研究发展方向提出了一些建议.

高频次工作的液压机机架中,拉杆螺纹联接处的疲劳断裂是机架失效的主要原因。在考虑材料弹塑性接触的基础上,对拉杆螺纹联接结构进行参数化有限元仿真分析,根据分析结果,选择Brown-Miller算法对螺纹联接进行疲劳寿命计算,研究不同过渡圆弧半径和牙侧角对螺纹联接疲劳寿命的影响规律并对其参数进行优化。结果表明：优化后螺纹联接的疲劳寿命提高了51.71%,不均匀系数减少了48.38%,最大等效Von Mises应力减少了4.93%,第一主应力减少了8.64%。

针对液压机预应力机架拉杆螺纹第一承载牙根部出现了早期裂纹并发生断裂的问题，运用弹塑性接触有限元方法和Python语言，对拉杆连接螺纹进行参数化建模和分析，研究标准锯齿形螺纹的螺距和旋合圈数对牙根部最大等效应力以及牙间载荷分布的影响，并进行优化设计，得到不同螺距下的最优旋合圈数。结果表明，合理的螺距和旋合圈数能够有效地改善螺纹连接应力及载荷分布，进而提高螺纹的疲劳寿命，为大型压机螺纹连接结构设计提供理论参考。