针对桥梁加速度传感器原位校准时标准传感器的选取问题，提出了一种基于圆弧摆线铰链的双光纤光栅加速度传感器。通过力学模型分析传感器谐振频率与灵敏度，根据桥梁原位校准要求对传感器结构进行参数优化，并进行静应力分析、模态分析和谐响应分析，最后制作传感器实物并进行标定。实验结果表明：传感器谐振频率为460 Hz，灵敏度约为43 pm/g，横向干扰能力程度5.7%，可用于桥梁上加速度监测。

探测低频引力波需要脱离地缘噪声干扰，在空间搭建激光干涉引力波探测装置。太极、LISA、天琴等空间引力波探测任务，计划在几十万到几百万公里量级的臂长上实现皮米级的位移测量精度，以满足引力波探测的要求。在探测任务中，考虑轨道季节性变化和星间激光传输时间等因素，发射光束需要一个超前角度，确保远端望远镜能够接收到光束，从而完成星间激光干涉。针对发射光束需要超前角度的需求，设计并研制了一款用于激光干涉链路中提供超前角度的光束指向机构，即超前瞄准机构。该机构基于将偏转轴配置在反射镜面上的设计理念，采用柔性铰链和杠杆配合的结构形式，利用压电陶瓷自闭环进行驱动控制，实现光束一维高精度偏转。对该机构进行仿真分析，验证其力学特性以及偏转范围。对所研制的机构进行了一系列实验测试，结果表明，该机构偏转范围可达到 $ 709.4 $ μrad，偏转精度可达到 $ {\text{0}}{\text{.44 }} $ μrad，机构偏转引起的光程差优于 ${\text{10}}\;{{{\text{pm}}}/{\sqrt {{\text{Hz}}} }}\;$ (1~10 Hz)。从而验证了该机构设计的可行性，为实现光束超稳高精度偏转提供一定的参考。

主三反射镜支撑结构是离轴三反生物成像系统研制过程中的关键技术难点之一，为了减少工作环境下主三镜面形变化，满足支撑系统稳定性要求，利用有限元方法对主三镜组件进行了优化设计。首先，根据光学系统设计要求确定了反射镜及其支撑结构的材料和支撑方式。接着，优化布局了反射镜底部3点和侧面6点支撑位置，设计了轻量化镜室结构。根据优化数学模型设计了圆弧悬臂梁式柔性铰链结构，分析了在重力工况下和温度载荷工况下各参数对镜面面形精度的影响。然后，对反射镜支撑组件进行了静力学和热力学仿真分析，分析结果为重力工况下镜面均方根值RMS为1.529 nm，温度变化4 ℃时镜面均方根值RMS为2.426 nm。最后，采用Zygo干涉仪对支撑作用下的主三反射镜和系统波像差进行检测，实测反射镜镜面RMS值为0.025 λ，系统波像差RMS值为0.102 λ(λ=632.8 nm)，基本满足了生物成像系统技术指标（主三镜镜面RMS≤λ/40，系统波像差RMS≤λ/10）要求。

在快速反射镜柔性铰链优化设计中，为保障反射镜精度和稳定性，应尽量提高柔性铰链工作轴转动柔度和非工作轴转动刚度。以某快速反射镜的椭圆弧柔性铰链为研究对象，首先利用最小二乘法和积分思想推导了三个转动轴的转动柔度公式，与有限元法对比，二者最大相对误差小于6.8%，解决了矩形截面扭转柔度积分过于复杂的问题；其次基于改进的非支配排序遗传算法（NSGA-II）对三个转动轴进行了多目标优化设计，达到设计指标，所得最优解和求解效率较传统算法有了明显提高，其中Pareto解求解效率较多岛遗传算法(MIGA)提高了14.3%，较粒子群算法(PSO)提高了25%；最后对NSGA-II算法所得最优解进行了有限元验证，结果表明二者最大相对误差小于6.5%，吻合较好。

针对极大望远镜矩形准直镜设计了一种新型柔性支撑系统，即由6根空心圆柱杆为支撑主体的侧面支撑结构。利用多目标优化算法对柔性支撑系统的结构参数和位置参数进行优化设计，并对优化后的柔性支撑系统进行稳定性研究。优化后的准直镜柔性支撑系统在自重条件下镜面最大PV值为168.23 nm，RMS值为30.306 nm，质量为229.21 kg，满足设计要求。当环境温度变化范围在20 ℃～23.7 ℃内，不会对准直镜性能产生影响；此外，地面随机振动不会影响准直镜工作性能和破坏支撑结构。研究结果表明：准直镜柔性支撑机构的多目标优化设计全面考虑了准直镜柔性机构形状参数、机构安全可靠性和光学面形形变等多学科之间耦合问题，设计者可按需选择全局范围内最满意的最优解，这将大幅度降低开发成本和周期。