双层换热管的设计可以有效降低换热管破裂事故的发生概率，但管间接触热阻会导致换热管传热效率降低，不利于铅铋反应堆一回路系统热量的顺利导出，因此需要优化双层换热管的设计。本文以铅铋反应堆双层换热管式主热交换器为研究对象，提出在双层换热管间隙中填充镓基石墨烯纳米流体作为热界面材料，分析换热管长度、壁厚、外径和间距对传热性能的影响规律，并与未填充热界面材料的双层换热管式主热交换器传热性能进行对比分析；分别以JF因子和成本效率比（Cost-effectiveness Ratio，CER）为优化目标，以上述4种参数为优化变量，采用遗传算法对主换热器传热性能进行优化和综合评估，得到一种铅铋反应堆新型双层换热管式主热交换器设计方案。优化后的主换热器总传热系数增加5.79%，一回路压降提升2.32%，JF因子提升5%，CER因子提升24.62%。结果表明：在双层换热管间隙中填充镓基石墨烯纳米流体可以在降低蒸汽发生器管破裂事故概率的前提下，有效提高双层管换交换器的传热性能。

根据同步辐射光束在建线站项目需要，提出变截面压弯椭球柱面反射镜方案。该方案基于变宽度压弯椭圆柱面聚焦镜设计理论，推导出变截面（带弧矢聚焦）反射镜镜面斜率误差的计算公式，并进行优化设计。本研究基于聚焦镜光学参数（物距 $p$、像距 $q$和掠入射角 $\theta $）进行设计，最终借助有限元分析软件计算反射镜的设计误差。结果表明，在此需求下，反射镜两端最优宽度分别为49.5 mm和90.5 mm，对反射镜两端压弯弯矩进行计算、仿真、优化后，其斜率误差均方根值由~5.1368 μrad降低至~0.0636 μrad（取1 m长），接近系统误差（~0.0407 μrad） ，满足设计要求（<0.1 μrad）。

研制了一款高频响、高精度及大驱动力的压电驱动型快速刀具伺服（Fast Tool Servo，FTS）装置，采用广义圆锥线拟合的柔性铰链构造新颖的柔性机构，通过对称布置的结构消除柔性刀架工作过程中在非期望运动方向的耦合误差，并对机构的运动学特性进行了综合建模。综合考虑装置行程和固有频率的设计目标，基于改进的BP神经网络优化算法，对柔性机构的结构尺寸进行了多目标优化设计。使用优化后的结构参数建立FTS装置的三维模型并通过ANSYS软件进行有限元分析，分析结果表明，优化后的柔性机构可以达到预期性能要求，验证了该优化算法的可行性。最后，进行了实验样机的制造和性能测试，进一步验证了FTS装置的优化设计结果。测试结果表明：FTS装置的固有频率超过7.6 kHz，标称行程约为6.4 μm，分辨率约为12 nm，跟随精度约为0.3 μm，静态和动态性能均符合设计目标。

为了提高超声悬浮轴承性能，提出了一种径向包容式超声悬浮轴承结构优化设计方法。基于扁壳理论和弹性力学建立了轴承壳体结构固有频率和径向挠度的数学模型，以壳体结构的长、半径、壁厚3个参数为设计变量，以壳体结构的固有频率和径向挠度作为优化目标函数，采用多目标遗传算法进行求解，从求解得到的Pareto解集中选择一组最符合设计要求的解，即长40 mm，半径10 mm，壁厚2 mm作为优化结果。为了验证本文优化方法的有效性，制作了3组轴承进行对比实验。实验结果表明：优化得到的轴承结构兼顾了超声悬浮轴承对固有频率和径向挠度的性能要求，可以产生较大的径向悬浮力，本文的研究方法和结果对设计和制造新型超声悬浮轴承具有重要的指导意义。

新一代粒子加速器中磁铁位置与姿态的准确测量和安装依赖于各项技术的综合运用。实现磁铁在全局坐标系中准确定位，并且快速精密安装测量，为了建造高亮度、低发射度的第四代同步辐射光源，国家同步辐射实验室开展了“合肥先进光源（HALF）”的预研工作。作为准直测量系统的重要研究内容，创新性地提出了准直参考网络方法。为了保证准直测量精度，对准直参考网络的机械系统本身的形变要求很高，通过ANSYS软件对机械系统整机进行了静力学仿真，根据分析结果对准直基准板进行了优化设计，使其满足工作条件要求。

球面检验镜口径不断增大导致其检验精度下降，针对该问题，本文优化设计了2.7米标准球面镜的重锤支撑参数，并对该标准球面镜的调整架以及支撑系统进行了结构设计。首先，利用有限元和遗传算法，对镜体进行了54点等力支撑环带优化，针对增加嵌套孔后镜体刚度变差的情况，对各环带底支撑力和侧支撑力分别进行了优化；然后，利用统计方法分析了支撑半径和支撑力误差对支撑变形的影响；最后，基于优化分析结果对标准检验镜的调整架和支撑系统进行了结构设计。分析结果表明，经过对标准球面镜54点支撑位置、各环带底支撑力和侧支撑力进行优化设计后，在球面镜支撑变形RMS（Root Mean Square）小于1/115λ（λ=632.8 nm），底支撑位置扰动为±2 mm，侧支撑位置扰动为±0.6 mm，以及支撑力扰动为±3 N的情况下，支撑变形小于1/70λ，满足标准球面镜的支撑要求。