Quais critérios determinam se um verbo pode substituir outro sem alterar sentido e estrutura da frase?

Resposta

Coincidência semântica (mesmo sentido, ex.: tomar conhecimento/reconhecer) e mesma regência/transitividade.

Se os verbos compartilham o mesmo valor semântico e admitem a mesma construção sintática (por exemplo, ambos são transitivos diretos), a substituição preserva sentido e forma.
Estilisticamente, avalia-se apenas a nuance afetiva, mas a substituição é gramaticalmente válida quando os critérios acima se confirmam.

Exemplo:
"O segurança não notou a bolsa." → "O segurança não percebeu a bolsa."