长期从事复杂装备先进设计领域的理论创新、技术突破与工程应用研究，瞄准民用与国防领域装备先进设计中的关键力学基础共性问题，系统地开展了“装备高性能设计与精细模拟”研究。在复杂装备高性能工程优化、极端环境下装备高精度设计、机电装备高可靠性保障等共性核心基础理论与技术方面取得重大突破。相关研究成果成功应用于航空航天、核电装备、工业机器人和车辆工程等领域。主持包括国家自然科学基金创新群体项目、科技创新2030—重大项目、国家重点研发计划、国家自然科学基金重点项目和国防973项目等多项国家级课题。出版中英文专著4部，发表SCI论文200余篇，他引12000余次，获批国家发明专利80余项，2014-2022年连续入选爱思维尔机械工程领域中国高被引用学者榜单。任国际计算力学学会总理事会理事、中国机械工程学会常务理事、中国力学学会常务理事和河北省机械工程学会理事长等；担任《ASME-Journal of Mechanical Design》, 《Inverse Problems in Science & Engineering》和 《International Journal of Computational Methods》国际杂志副主编以及多个国内外重要期刊编委。获得国家科技进步二等奖、教育部自然科学一等奖、国际计算力学华人联合会计算力学奖、中国机械工业科学技术一等奖以及河北省科技突出贡献奖等多项国家级和省部级奖励，全国百篇优秀博士论文指导教师。