针对复杂航空机构可靠性分析过程中建模难度大、精度差、计算效率低等问题，提出一种数据增强拉丁超立方抽样（Data augmentation Latin hypercube sampling，DALHS）、自适应分区拒绝权重采样（Adaptive partitioned threshold rejection sampling，APTRS）和主动学习Kriging 相结合的机构可靠性分析方法。首先，利用数据增强技术改进拉丁超立方抽样，获取初始样本点，提高初始样本点的多样性和代表性；其次，采用自适应分区策略划分设计空间，并在子空间内执行拒绝权重采样，提升样本局部和全局搜索能力；再次，提出主动学习NU（Normalize U）函数筛选高质量样本，结合准随机分形算法（Quasi-random fractal algorithm，QRFA）动态优化Kriging 模型，构建DALHS– APTRS-Kriging 模型；最后，利用变异系数收敛准则，实现航空机构可靠度的高效计算。结果表明，通航活塞发动机机构的可靠度为0.987，模型调用次数仅为72，相比传统方法，计算误差仅为5.7%，说明所提方法不仅能在少量样本下获得高质量的Kriging 模型，而且在兼具局部和全局搜索下提升了可靠度计算的效率和精度。

激光粉末床熔融增材制造技术在成形复杂结构金属构件和提高材料利用率等方面极具优势，然而传统高斯激光源受限于不均匀的能量分布和有限的光斑直径，表现出工艺窗口窄、成形效率低等不足。本研究通过光束整形技术得到能量分布更为均匀的环形光束，制备了IN939 镍基高温合金，并开展了组织调控研究。研究结果表明，相比高斯激光，环形光束能在较大工艺窗口内有效抑制匙孔缺陷，熔池深宽比减小到0.14，传热模式由匙孔模式变为传导模式。仿真结果表明，环形光束下熔池温度梯度显著降低，峰值速度减小37%，熔池流动行为更加稳定。另外，环形光束成形的IN939 试样柱状晶沿<001> 择优生长，立方织构显著（织构强度最大值为12.59），低角度晶界占比达57.1%，有利于减少开裂风险，而且试样表面粗糙度Ra 由5.8 μm 降低到4.0 μm，成形质量得到有效改善。

面向激光粉末床熔化成形工艺中金属粉末局部熔凝引发的残余应力问题，以TiB₂/AlSi10Mg 复合材料为研究对象，采用多尺度数值模拟技术预测了宏观结构的残余应力和变形特征，研究了激光功率、扫描速率和扫描方向对拱桥结构残余应力和变形的影响规律。研究表明，多尺度数值模拟结果与试验测试结果具有良好的一致性。激光功率越大，熔池尺寸和温度越高，材料等效固有应变越大，结构的残余变形越大。激光扫描速率越快，熔池存在时间越短，材料等效固有应变越小，结构的残余变形越小。扫描方向主要通过改变残余应力分布形式对结构变形模式产生影响，当层间转角为0° 时，沿扫描方向的材料固有应变远大于垂直扫描方向的材料固有应变，因此当激光扫描方向全部为顺桥向时，拱桥结构转角变形最大，全部为横桥向时，拱桥结构转角变形最小；当扫描层间转角为45°、67° 和
90° 时，材料固有应变各向异性程度低，拱桥结构残余变形差异不明显，转角变形值位于中等水平。

微细选区激光熔化（μSLM）逐步成为金属零件高质量、高精度近净成形的新方向。然而，目前对于μSLM工艺优化与材料性能尚无系统研究。因此，本文系统探究了不同工艺下μSLM 材料的打印质量，以及其与常规选区激光熔化（cSLM）成形材料在机械性能与加工性能方面的差异。基于成形材料的致密度与孔隙率，对μSLM 工艺参数进行优化。通过SEM、EBSD 和信号分析等测试与表征手段，对比分析最优μSLM 工艺成形材料与cSLM 材料微观结构差异及机械/切削性能差异。μSLM 材料较cSLM 材料具有更高的冷却速率（2.1×10⁶ K/s），使得其成形试样的晶粒较小，最终拥有更高的抗拉强度（1009 MPa，提升2.4%）和更差的可加工性。cSLM 材料受限于大光斑和粗粉末，其成形表面质量较差，内部缺陷较多，且在铣削过程中振动较为明显。本研究提供了Inconel 718 μSLM 制造的合理工艺窗口，建立了成形工艺—微观结构—机械/切削性能之间的联系，对μSLM 工艺的优化提供了理论依据。

铝合金电弧增材制造是一个多参数耦合的复杂物理系统，其成形尺寸的精确预测与控制受到多种工艺参数影响。针对现有预测方法在参数耦合效应建模不足、预测精度有限及模型解释性欠缺等问题，提出一种基于数据增强策略和集成学习方法的可解释数据驱动模型，以实现铝合金成形过程中宽度和层高的高精度预测。首先，利用数据增强技术扩充训练数据集，增强模型泛化能力；其次，基于五折交叉验证方法训练多个模型，评估出性能最优的3个基学习器；然后，通过SCSO算法优化基学习器的权重分配，构建高鲁棒性集成学习模型；最后，采用SHAP方法量化并解释工艺参数对成形过程的影响。试验结果表明，基于SCSO优化的集成学习模型在铝合金成形尺寸预测精度和解释性方面显著优于单一模型和传统集成学习方法（预测宽度和层高时RMSE 为0.3518和0.0743，MAPE为0.0229和0.0364）。该研究为铝合金WAAM 的工艺参数优化和成形质量控制提供了理论依据，具有较好的实用性和工程应用价值。

针对纯铜在激光粉末床熔融增材制造中因高激光反射率与高热导率导致的未熔合缺陷及性能劣化问题，本研究提出通过添加亚微米碳化钨（WC）颗粒构建铜基复合材料，系统探究WC 含量（质量分数1%、3%）对微观组织与力学性能的影响机制。结果表明，WC 颗粒显著提升了复合粉末的激光吸收率，质量分数3% WC 掺杂铜试样实现致密化，未熔合缺陷消除，平均晶粒尺寸由纯铜的11.4 μm 增至22.8 μm，并形成<110> 择优取向织构。透射电镜分析揭示WC 颗粒与铜基体界面处存在34 nm 元素过渡区及新相CuWO₄。拉伸力学性能显示，质量分数3% WC试样抗拉强度（229 ± 2） MPa 与断后伸长率（41.6 ± 1.6）% 较纯铜（129 ± 2） MPa、（15.9 ± 0.6）% 分别提升77.5% 与161.6%，断口呈现典型韧窝特征。本研究为高致密、高性能铜基复合材料的激光增材制造提供了理论依据。

临时紧固件用于飞机装配的预连接。为提高预连接过程中装配件贴合效果，提出一种复合材料结构装配预连接临时紧固件布局优化方法。建立了预连接壁板变形和间隙计算等效模型，并对其中关键变量的计算方式进行了改进。基于该等效模型进行了临时紧固件布局优化。通过复合材料壁板与金属骨架翼盒的装配试验验证该方法有效性。结果表明，改进后的计算方法能够在较短时间内求解出关键矩阵变量，显著缩短优化过程中壁板变形的单次计算时间；变形和间隙的计算结果与试验数据具有较好的一致性；所建立的方法能够计算出具有高型面贴合率的临时紧固件布局，对大型复合材料结构装配预连接工艺的制定具有一定参考价值。

针对航空航天领域中空间曲线焊缝示教再现型机器人焊接效率较低的问题，尤其是复杂的相贯线焊接，提出了一种基于优化后的RANSAC 和ICP 点云算法的相贯线机器人免示教自主焊接方法。首先基于相贯线理论模型，对采集到的工件点云进行预处理，并采用优化后的RANSAC 算法，选取一定数量的点作为样本点拟合曲面，计算所有数据点到柱面的距离，根据预设阈值筛选出落在拟合曲面上的点，通过筛选出的点重新拟合出实际的圆柱面方程。然后通过ICP 算法，迭代寻找两个点云之间的最近点对，计算最优的刚性变换，使源点云在目标点云的坐标系下对齐。最后试验验证了所提出的基于优化后的RANSAC 和ICP 点云优化算法，实现复杂空间曲线的机器人免示教自主焊接。

对碳纤维增强树脂基复合材料进行了紫外纳秒激光表面处理研究，旨在优化其表面形貌以提升胶接强度。采用不同激光功率与脉冲频率对材料表面进行处理，并通过接触角测试、表面能分析及力学测试评价其效果。研究揭示了光化学效应和光热效应的协同作用机制，并分析了能量密度对表面形貌的影响规律。试验表明，在适当的能量密度（160~203 mJ/cm²）下，可有效去除材料表面的环氧树脂，暴露出完整碳纤维表面，显著提升材料表面能和润湿性，其中水滴接触角由82.7° 降至69.7°，单搭接剪切强度从23.6 MPa 提升至26.7 MPa，增幅为13.1%。然而，能量密度超过235 mJ/cm² 会导致碳纤维断裂，降低力学性能。本研究验证了紫外纳秒激光处理技术在提升材料胶接性能方面的有效性，为航空航天等领域提供了高效的表面处理解决方案。

超声辅助激光冲击强化（ULSP）技术通过激光冲击（LSP）和超声滚压（UR）复合效应，改善铝合金的抗拉强度和延伸率之间的平衡关系。以7075–T6铝合金为研究对象，开展ULSP强化处理，测试其金相组织、物相结构、表面形貌、显微硬度和残余应力。通过分析应力–应变曲线、断口形貌和断口侧面形貌，揭示ULSP处理铝合金拉伸性能改善机制。结果表明，ULSP 处理诱导显著的晶粒细化效应，形成了严重晶粒细化层–晶粒细化层–原始粗晶层的梯度结构。同时，ULSP 处理改善了LSP 处理表面粗糙度提升问题，其试样表面面粗糙度S_a和线粗糙度R_a较LSP 试样分别下降74.0% 和82.3%。得益于晶粒细化效应、高残余压应力和低粗糙度表面，ULSP试样能够在牺牲少量延伸率的情况下实现抗拉强度的大幅提升，其抗拉强度提升了13.3%，而延伸率只下降11.7%。

针对富燃燃气环境下涡轮导叶严峻的热疲劳问题，依据其实际工作条件，建立均质平板拟静态热弹性耦合模型，通过Laplace 变换和留数定理，得到燃气热物性对热冲击过程平板温升特性、应力及寿命变化的作用规律，所得结果与涡轮导叶三维热流耦合计算结果吻合较好。结果表明，富燃燃气主要组分为高比定压热容和高热导率的氢气，使其对流换热系数显著提升，因此在热冲击过程中，富燃环境下平板表面热流量、温升速率和平衡温度升高，平板内部温度梯度增大；因高温、大温度梯度富燃燃气环境，平板各点峰值热应力提升80%，寿命缩短32%。热冲击过程中，平板热应力呈现先迅速升高至峰值、随后逐渐减小的变化规律，其中平板峰值热应力主要由燃气热物性决定，峰值后热应力主要受冷气温度影响。另外，燃气热物性对平板峰值热应力和寿命的影响，随平板厚度增加而减小。

在数控机床接触式测头执行零件测量及表面加工质量检测的过程中，对于待测表面坐标范围已知的工件，测量零件坐标的测量效率不高。为了解决这个问题，提出了一种基于测量运动学建模的接触式测头轴向测量坐标的方法。根据机床数控系统的速度控制特性和接触式测头测量零件坐标的工作原理，创建了测量运动学和测量误差的模型，并提出了高速测量下补偿测量误差的方法。在一台Fanuc 数控系统的Bridgeport 立式数控铣床上，使用Renishaw 接触式测头对该方法进行验证性试验。试验结果表明，该方法能高速高精测量零件坐标；与现有方法相比，在测量精度一致的情况下，该方法将测头测量工件的时间从9.31 s 缩减到了0.36 s。

通过蠕变试验研究了2219T87 铝合金在不同应力状态下的蠕变变形行为。结果表明，2219T87 铝合金的蠕变总应变随着应力的增加而增加，拉伸状态下的蠕变总应变高于压缩状态下的总应变。拉伸应力300 MPa 下，300 h 后的蠕变总应变达到0.634%，与外加200 MPa 应力相比增加了72.3%，与压缩状态相比增加了13.6%。微观组织观察表明，原始态组织中析出相大部分呈点状，均匀分布在铝合金基体上；经过蠕变之后析出相数量明显减少， TEM 观察以及XRD 计算验证了析出相回溶的发生。计算得到的蠕变应力指数为3.17，证明蠕变机制受晶界滑动所控制。