近似建模技术已成为工程产品设计中减少仿真分析成本,提高设计效率的一种重要手段。尤其是近年兴起的变复杂度近似建模技术,通过融合不同精度的分析模型来构建近似模型,可充分利用不同精度分析模型的优势,在工程产品设计中表现出了巨大的应用潜力。有限设计成本下,如何融合不同精度分析模型数据来提升建模精度,是基于变复杂度近似模型的工程产品设计的核心问题。同时,变复杂度近似模型具有预估不确定性,优化问题中若其忽略预估不确定性的影响,可能导致最优解不可行并使最终设计失效。因此,预估不确定性量化是变复杂度近似模型成功应用于工程产品设计的重要保障。此外,数值仿真模型验证作为工程产品设计的关键环节,在对数值仿真模型有效性进行判断时需多次调用数值仿真分析,导致模型验证成本较高。研究如何将变复杂度近似建模技术与数值仿真模型验证方法相结合,对降低模型验证成本,提高工程产品设计效率具有重要意义。因此,本文围绕变复杂度近似建模方法,预估不确定性量化方法,以及基于变复杂度近似模型的数值仿真模型验证方法这三方面内容进行了深入研究,具体研究内容包括:（1）序贯变复杂度近似建模方法:针对层次克里金变复杂近似模型中,低精度模型响应的修正方式不能准确表示高/低精度分析模型响应关系的问题,提出了改进的层次克里金模型,改善了高/低精度数据融合方式,能在有限成本下构建精度更高的近似模型。在此基础上,提出了基于自适应混合留一误差的采样准则,形成了基于改进的层次克里金的序贯变复杂度近似建模方法。该方法通过充分利用建模过程中已获得高/低精度分析模型的差异信息,可有效解决变复杂度建模过程中如何合理布置样本点、如何有效融合高/低精度样本点数据这两个相互关联的问题。最后采用两个数值算例、DLR-F6翼身组合体建模及汽车A柱晶格结构建模问题测试所提出方法的性能,结果表明所提出的方法在相同仿真成本下具有更高的建模精度。（2）变复杂度近似模型预估不确定性量化方法:为选用合理的指标对变复杂度近似模型预估不确定性进行估计,本文首先对四种不依赖于额外验证点的近似模型预估不确定性量化指标的性能进行了比较。在此基础上,提出了一种基于组合加权平均的变复杂度近似模型预估不确定性量化方法。通过综合利用不同不确定性量化指标的信息,能更准确地对变复杂度近似模型预估不确定性进行评估,并能有效避免仅选用单一不确定性量化指标导致在部分问题中性能差的问题。此外,针对变复杂度近似模型代替优化问题中约束条件可能导致最优解不可行的问题,在对变复杂度近似模型预估不确定性进行合理量化的基础上,提出了基于置信水平的保守变复杂度近似建模方法。通过具有不同特征的数值算例,详细比较了所构建变复杂度近似模型真实保守程度与预期保守程度之间的贴近度,结果表明提出的方法能更加准确地估计变复杂度近似模型的真实误差,说明了所提出方法的有效性。（3）基于变复杂度近似模型的数值仿真模型验证方法:为降低现有数值仿真模型验证方法所需的仿真成本,本文提出了基于改进的层次克里金模型的数值仿真模型验证方法,将典型数值仿真模型验证方法中参数校准过程的双层嵌套优化结构转变为单层优化问题,降低了优化问题求解复杂度。同时,通过预先构建改进的层次克里金变复杂度近似模型预测不同不确定性参数组合下,数值仿真模型与实验模型结果一致性及数值仿真模型的可靠性,可减少优化求解所需的数值仿真分析次数,降低模型验证成本。此外,为防止变复杂度近似模型的预估不确定性对数值仿真模型验证结果造成影响,本文将保守变复杂度近似建模方法与数值仿真模型验证方法结合,提出了考虑预估不确定性下基于改进的层次克里金模型的数值仿真模型验证方法,保证最终通过模型验证的数值仿真模型响应满足可靠性设计要求。