五轴机床加工复杂曲面零件时，由于加工路径曲率大、进给加速度大等原因，零件轮廓精度难以控制。本文基于五轴机床轮廓误差与各轴位置环增益的显函数关系，提出五轴机床联动轨迹精度的智能控制流程。通过“自我感知”各轴指令位置与跟随误差、“自我分析”联动轨迹轮廓误差超差位置、“自我决策”最优轮廓误差及对应位置环增益，为不同零件配置专属增益，从而保证复杂曲面零件加工精度。KMC400U五轴立式加工中心各轴位置环增益为（70，70，80，70，75），为S 形试件直纹面A配置专属增益（70，68，80，59，70）后，最大轮廓误差降低了43.75%；为叶轮小叶片吸力曲面配置专属增益（40，70，48，40，75）后，最大轮廓误差降低了28.57%。S试件直纹面A和叶轮小叶片吸力曲面的专属增益的计算时间分别为38.4 s 和5.7 s，可满足工程应用要求。

增材制造技术是一种典型的颠覆性制造技术，通过“自下而上”的材料累加成形方式，可实现传统制造方法难以完成的复杂结构。冷喷涂固态增材制造技术，因其独特的固态金属粉末高速碰撞沉积特性，展现出显著的技术优势和应用潜力。本文系统阐述了冷喷涂固态增材制造技术的概念、发展历史、技术优势及挑战，并重点分析了此技术在受损零部件修复与再制造等领域的典型应用。研究表明，冷喷涂固态增材制造技术具备沉积效率高、结合强度高、涂层致密性好等优点，尤其在高强高塑性沉积体制备和复杂构件修复方面展现出独特优势。然而，该技术也面临沉积体塑韧性不足、薄壁构件易变形开裂及喷嘴寿命短等挑战。本文总结了冷喷涂固态增材制造技术的研究进展，指出了未来发展方向，为推动该技术在航空航天、汽车制造等领域的广泛应用提供了理论参考和实践指导。

共振型声学超材料具有良好的吸声能力，在航空航天、船舶等领域表现出巨大应用潜力，但其低频宽带吸声能力仍有待提升。为提高声学超材料低频与宽带吸声性能，提出了一种基于Voronoi图的可控随机声学超材料，研究了基于Voronoi图的控制点数量、分布位置对超材料吸声性能的影响，并对可控随机结构吸声性能的稳定性进行了分析。通过增材制造制备多组试验样件并进行阻抗管试验测试，验证了仿真结果的有效性。结果表明，在Voronoi图控制点数量为20，分布离散程度为26时，该声学超材料具备约 350~648 Hz内多吸声峰宽频带的吸声效果，平均吸声系数0.843。该结构厚度35 mm，仅为350 Hz波长的约1/38，为解决低频噪声控制问题提供了新思路。

力学超材料是一类人造结构化材料，其本质是以人工微结构为单元构造的复合结构，旨在通过设计人工微结构单元的形状、尺寸和周期性排列模式增强宏观整体结构的力学性能，实现负泊松比、多稳态、轻质高强、可编程/重编程等超常力学性能。然而，通过常规材料制备的力学超材料难以满足不同工程应用场景对功能器件的多环境场自适应性、迅速可控环境响应和能量转化等性能要求。结合力学超材料和先进功能材料构筑的力学功能超材料从材料角度拓展了力学超材料的性能，可以实现可调控的力电、力磁、力热等耦合响应，有望实现力学超材料的多功能工程应用。本文从超常力学性能和典型分类方面阐述了力学超材料的研究进展，从构筑方法和耦合响应方面详细介绍了力电、力磁和力热超材料3类代表性力学功能超材料，总结与展望了力学功能超材料在航空航天和海洋工程领域的潜在工程应用，包括自折展卫星太阳翼、微型航天器自供能、卫星平台隔振、海洋工程与装备监测感知和海洋波浪能采集等。

相控阵雷达等有源射频系统的辐射/ 接收前端往往需要装配天线罩或电磁窗，作为典型的结构–功能一体化器件，一方面要保护系统内部结构不受外界环境侵害；另一方面要确保在工作频段电磁波能够高效透过，从而保证射频系统正常工作。由于需要足够的刚度和强度，天线罩和电磁窗的介电常数一般较大，易造成透波性能下降和插入相移增大等问题。因此在传统技术逐渐难以满足实际应用需求的背景下，亟须探索基于新机理的电磁波透射率增强技术（简称电磁增透技术），在工作带宽和角域等方面提升传统材料的透波性能。超表面作为二维形式的超材料，具有多维度的电磁调控能力，且在几何属性上符合当今电磁设备的主要发展趋势，对于电磁增透技术具有重要应用价值。本文系统介绍了超表面电磁增透技术研究进展，首先扼要回顾了典型的传统电磁增透技术，后重点介绍了超表面电磁增透机理、设计思想和具体设计架构，并分析了各类电磁增透超表面的特点，最后对电磁增透技术领域亟须解决的关键问题及发展趋势进行了总结和展望。

针对超材料的复杂几何形状和多层次等特性，提出了基于固定网格技术的超材料仿真分析和拓扑优化方法，无须人工划分贴合几何外形的有限元网格，即可大幅降低前处理时间。采用基于四叉树/ 八叉树的局部自适应加密技术，在不增加有限元分析计算量的前提下，既保证了结构分析精度，同时可获得更高分辨率的拓扑优化结果。基于该方法，建立了同时考虑传力、散热的多功能超材料拓扑优化模型，并以三周期极小曲面（Triply periodic minimal surface，TPMS）复合加筋结构为优化对象进行了数值实现和验证。本文方法已在国产全自主CAX工业软件OptFuture中实现。此外，面向超材料结构的多级减重需求，依托OptFuture软件实现了超材料多级晶格设计填充，进一步拓展了超材料的轻量化设计潜力。

航空航天领域迫切需要高性能吸能材料。然而，传统吸能材料依赖塑性变形，存在重复利用率低的缺点。为了解决上述问题，本文对典型的可重复利用性强的双稳态超材料单元进行了分析研究，选取了正弦梁单元、铰接式壳体单元和花瓣状剪纸单元3种类型的机械超材料作为研究对象，采用参数化扫描的方法，通过有限元仿真软件探究得出了双稳态超材料单元的双稳态特性、能量吸收特性与超材料单元几何参数之间的关系。采用增材制造技术制备了3种超材料单元，并且通过力学压缩试验验证了仿真结果。为精密仪器及人员防护等机械能量吸收领域的应用提供依据。

固体火箭发动机壳体裙部复合结构在长期贮存过程中发生老化，对发动机壳体结构可靠性产生不利影响。针对壳体裙部复合结构典型材料进行了湿热加速老化试验，并对老化过程中结构进行了力学性能测试，同时对其失效薄弱环节（即复合结构界面处的环氧树脂材料）进行了微细观参数表征，基于测试结果进行了壳体复合结构界面材料损伤的跨尺度对比分析。结果表明，在加速老化过程中，环氧树脂基体表面逐渐出现沟壑形态的损伤，表面损伤程度随着老化过程而增加，三维表面粗糙度不断增大，使得材料脆化且韧性降低，导致了复合结构界面力学性能的衰退。傅里叶变换红外光谱测试与X 射线光电子能谱分析证明了环氧树脂基体的分子级别损伤，随老化时间的延长，元素基团发生化学反应，同时元素含量变化说明在加速老化过程中可能发生了氧化交联或氧化分解反应。最后利用测试结果进行了宏观– 细观– 微观参数变化规律的关联性分析，解释了壳体复合结构界面的跨尺度失效损伤机理。

五轴3D打印设备可以实现多曲率变化的复杂曲面模型打印，在航空航天领域具有重大作用，其标定是保证打印精度的重要环节。为了对五轴3D打印设备进行快速标定并提高其打印精度，提出一种利用标定物的五轴3D打印设备标定方法。基于旋量理论建立五轴3D打印设备机床坐标系和工件坐标系变换模型，给出待标定量。设计一种包含5枚标定球的标定物，结合球心最小二乘拟合法获得机床坐标系下标定球球心的坐标。基于标定坐标系和机床坐标系的变换关系建立方程，对直线轴进行标定，基于平面法向量求解和圆的最小二乘拟合法对旋转轴进行标定。根据标定结果进行3D打印试验。由点云拟合分析结果可知，相较于标定前，标定后五轴3D 打印设备打印的样件平均偏差降低了91.3%，打印精度显著提高。

铜铁合金兼具优异导电、导热性能和优良强韧性、软磁性能，是一种优良电接触和电磁屏蔽材料，在航空航天、国防军工、电子通讯的电接触装置及电磁屏蔽设备上具有广阔的应用前景。本文采用双丝电弧增材制造技术制备不同铜质量分数的铜铁合金，并通过金相显微镜、维氏硬度计和载流摩擦磨损试验机测试其显微组织、硬度、动态表面接触电阻及碳棒的磨损量。结果表明，随着铜质量分数从0增加到100%，铜铁合金的微观组织从连续交错的铁素体相逐渐演变为离散的球形和枝晶状分布，最终形成纯铜相，其中Cu-60% 时富Cu相与富Fe相分布最均匀。合金硬度随铜质量分数增加先升高后降低，少量铜促进珠光体形成提高硬度，而过量铜因软相增多导致硬度下降。得益于铜的优异导电性，表面接触电阻随铜质量分数增加逐渐降低。碳棒磨损量受铜铁合金硬度和接触对之间的摩擦系数共同影响，呈现先增后减的趋势：低铜质量分数时高硬度和摩擦系数加剧磨损，而高铜含量时润滑和散热性能改善，磨损减轻。

基于微量润滑（Minimum quantity lubrication，MQL）铣削Al–60% Si合金的正交试验，分析了铣削参数对切削力、切削温度和表面粗糙度的影响。对比干切削试验，探究了MQL铣削高硅铝合金的加工机理。结果表明，MQL铣削条件下，切削力受每齿进给量f_z影响最大，随切削速度v_c的增加先增大后减小；切削温度受铣削参数的影响程度为：切削速度v_c > 每齿进给量f_z>径向切宽a_e，随着切削速度v_c的增大，切削温度增幅先小后大，在v_c=90 m/min 时，MQL对切削热的抑制作用减弱，此时切削温度最高；表面粗糙度受每齿进给量f_z的影响最为显著，随每齿进给量f_z 的增加而增大，表面粗糙度最低为0.234 μm。与干铣削相比，MQL铣削时的进给力和切向力分别降低24.3% 和14.0%，切削温度降低23.4%，表面粗糙度降低13.7%，表明MQL辅助加工技术可有效提高Al–60% Si合金的铣削加工性能。