在重载和交变载荷工况下，弧齿锥齿轮易产生齿根裂纹导致轮齿断裂，需明晰裂纹对啮合特性的影响机理，为故障诊断提供理论基础.利用ANSYS软件对弧齿锥齿轮齿副进行静态接触仿真分析.通过单元节点替换的方法设置了多种裂纹类型的故障模型，探讨了裂纹对弧齿锥齿轮副啮合特性的影响.研究结果表明：当轮齿接触椭圆移动到轮齿裂纹区域，啮合刚度随着裂纹的严重程度增加而逐渐下降，平面裂纹工况、空间裂纹工况和断齿工况的刚度最大下降量分别为27.58%,14.12%,32.82%.轮齿啮合的接触椭圆位置、裂纹位置以及深度会使齿面接触应力以及齿根弯曲应力产生不同的增减趋势.

在研究二维超声振动下单颗磨粒的运动特性基础上，根据体积不变原理确定了平均切屑厚度.基于磨粒的几何形状以及材料的弹性回复率，推导出切屑变形力模型；根据摩擦力来源于磨粒与工件弹性接触和切屑流出，构建摩擦力模型；考虑到高频振动所产生的冲击作用对总磨削力的影响，建立冲击力模型.综合切屑变形力、摩擦力和冲击力模型，得出二维超声磨削的磨削力模型.通过氧化铝陶瓷二维超声磨削实验研究，确定了模型中的常数，并验证了磨削力模型的合理性.结果表明，法向力、切向力的实验值与理论值之间的平均误差分别为11.09%和8.07%，误差最大值不超出20%，所建模型具有预测作用.

同态加密（homomorphic encryption,HE）由于低执行效率和无法保护数据完整性的问题严重限制了其在实际应用中的部署，尤其是在对延迟有严格要求的场景中，为此，提出了一种新的HE来解决这些问题并增强通用性.为了解决执行效率低的问题，设计了多线程矩阵乘法（multithreaded matrix multiplication,MMM）算法.利用MMM算法，可以将加密任务拆解分配给多个线程并行执行，达到加速的目的 .针对恶意服务器场景下的数据篡改问题，设计了一个可验证加密机制，利用非交互零知识证明（zk-SNARK）技术保护外包计算中密文的完整性.结合MMM算法，设计了一种高效的基于零知识证明的可验证全同态加密算法（verifiable fully homomorphic encryption based on zk-SNARKs,zk-VFHE）.理论分析和实验结果表明，zk-VFHE比同类协议具有更快的执行速度和更高的安全性.

铝型材在生产加工过程中会产生特征不明显和尺度大小不一等多类型的表面缺陷，针对现有人工抽检方法准确率低、实时性差、主观性强等问题，提出一种基于PP-PicoDet-XS的改进铝型材表面缺陷检测算法.改进的算法在主干网络中嵌入无参注意力SimAM，增强对深层有效特征的提取能力；使用SIoU(Scylla intersection over union)损失函数对训练过程进行优化，提高预测框的定位能力；采用量化蒸馏策略对模型进行压缩，提高推理速度.结果表明，改进的算法平均精度均值在交并比（intersection over union,IoU）阈值为0.5时达到了98.93%，在IoU阈值0.5～0.95范围内达到了57.60%，较未压缩的原始模型分别提高了1.73%和4.13%.将该算法部署到骁龙865移动端平台上进行推理，推理速度可达116.82帧/s，较未压缩的原始模型提高了47帧/s.

由于烧结过程中存在众多不确定性因素，使得机理分析和点预测结果的可靠性不足.基于此提出随机森林-极限树-核密度估计（random forest-extreme tree-kernel density estimation,RF-ET-KDE）算法对物理指标（粒度、水分）进行区间预测.首先，采用数据预处理和特征选择操作筛选出最适合建模的特征变量.其次，使用基于Stacking的RF-ET算法对指标进行点预测，该算法使得模型有较高的准确性和泛化性.然后，采用KDE算法计算指标的预测误差，得到了一定置信水平下的分布区间和区间预测结果 .最后，用所建模型与其余组合模型进行对比.结果表明，RF-ET算法有较高的点预测效果，KDE算法可以很好地量化指标的误差，可以得到较高可靠度的区间预测结果.

环境的污染给海洋生态带来的巨大变化会对人类的生活造成严重的影响，研究仿生机器人实时监测海滩环境能够有效解决该问题.因此，提出了一种绳索驱动柔性骨骼仿生蟹机器人.首先，建立刚柔耦合模型研究柔性足端的运动规律.其次，研究基于手机应用程序（application,APP）的仿生蟹控制方法，并实验研究仿生蟹机器人的响应特性和运动特性.然后，测试仿生蟹在多种沙滩上的越障能力，并同时控制多只仿生蟹以测试手机APP的集群控制性能.最后，利用该机器人实现渤海湾6个海滩环境的监测，并捕捉海滩环境图像和参数.该仿生蟹机器人的研究为海滩环境监测提供了一种有效的方法.

喷射制冷循环系统因其采用水作为工质不仅节能环保而且可以实现循环利用.本文采用数值仿真方法，对喷射制冷系统核心部件——喷射器内部的激波结构进行了讨论和详细划分.首次给出了伪激波区域、混合区域、激波串区域以及正激波位置的判定依据.讨论了激波结构对喷射器工作特性的影响.研究结果表明，正激波的位置受喷射器出口背压的影响；伪激波区域是决定喷射器引射效率的直接因素；激波串对降低喷射器内部流动速度和压力恢复起到重要作用.激波混合层的存在将工作蒸汽与引射蒸汽的流道分开.工作蒸汽通过激波混合层来携带和加速引射蒸汽的流动.激波混合层的面积大小受喷射器的几何结构和工作蒸汽的工作条件所影响.因此，了解和掌握激波结构对于理解喷射器内部流体流动规律，提高喷射器工作效率，进一步改进和优化喷射器的几何结构，具有参考价值.

隐式建模方法具有建模过程自动化的优势，并成功应用于浅表地质构造自动建模.然而，对于含侵入岩、断层、采空区等多种深部复杂地质构造的矿山区域，自动集成建模方法仍存在困难.本文基于HRBF(Hermite radial basis function)隐式建模方法，针对矿区煤层、侵入岩、采空区、断层等构造分别提出了隐式建模特征向量提取方法，并设计了构造模型与地层模型的隐式集成方法，实现了煤矿区域复杂地质构造的拓扑一致集成建模.济南市地铁8号线区域的实际案例研究表明，该方法能够实现侵入岩、采空区以及断层的隐式建模，为城市轨道交通工程建设提供了辅助决策与安全保障.

提出一种电梯门机运行异常检测和故障定位方法.首先，从电梯门机的运行数据中分离出开关门曲线并将其划分为10个运行段，提取各段的数据特征.其次，提出基于箱线图的异常检测方法并利用各运行段的累积数据特征进行异常诊断；为防止数据不满足正态分布而造成的诊断误差，加入了门机特征数据的正态性检验方法，并对不满足正态分布的数据进行Box-Cox变换，使其满足正态分布.最后，提取电梯门机分段特征数据，采用极限学习机（ELM）对门刀卡阻故障、整体阻力增大故障和同步带松脱故障3种故障进行分类模型训练.经实验验证，提出的异常检测方法和故障定位方法准确度高，具有较高的应用推广价值.

YOLOv4网络结构复杂、参数较多、模型较大，因此极大地限制了其在工业上的应用.针对这一问题，提出一种改进YOLOv4的轻量化网络.首先，采用GhostNet代替YOLOv4主干网络，简化网络结构，降低模型参数量；其次，为了弥补网络简化后带来的精度损失，在其余两个输出特征层后加入Spatial Pyramid Pooling结构，加强特征提取；再次，加入Squeeze and Excitation Network通道注意力机制，增强网络重要信息提取能力；最后，将损失函数CIOU替换为SIOU，加快模型收敛，进而产生更好的模型.实验结果表明，在满足工业要求的前提下，改进后的轻量化网络相比于YOLOv4网络，在牺牲较小检测精度的情况下，模型参数量和计算量大幅下降，同时检测速度得到了提升，从而证明了改进算法在光纤插拔任务中机械手夹持状态识别检测的有效性.

针对压剪作用下裂隙面将发生闭合及摩擦滑移的特点，首先基于Muskhelishvili复变函数理论，建立了压剪作用下裂隙岩体的Kolossoff-Muskhelishvilli应力函数，并求得考虑裂隙3类参数（即几何参数、摩擦强度参数和变形参数）的裂隙尖端应力强度因子K和3个T应力分量的计算公式；其次，将其代入经典的最大周向应力准则，得到考虑裂隙尖端T应力及裂隙3类参数的修正最大周向应力准则；同时该准则认为裂隙法向及切向刚度与裂隙面受力特征密切相关，而非定值，并给出了不同裂隙倾角时的裂隙变形参数.最后，基于压剪作用下翼裂纹起裂角试验结果对该准则的合理性进行了初步验证，结果说明考虑裂隙变形参数是有必要的.