基于监测数据的结构损伤识别，是桥梁健康监测系统发挥感知预警效益的重要基础。为进一步提高结构损伤识别精度，提出一种融合Kalman滤波与广义自回归条件异方差(GARCH)模型的结构损伤识别方法。采用Kalman滤波对加速度时程数据进行降噪处理，在此基础上，建立了线性递归AR模型，对结构损伤进行识别；引入非线性递归GARCH模型，进一步提高识别精度；利用加速锈蚀损伤钢筋混凝土梁动力试验获取的加速度时程数据，对算法的有效性进行验证。结果表明：以损伤前后时间序列模型残差方差比为特征指标，能够有效识别结构损伤；与Kalman-AR模型相比，Kalman-GARCH模型能够解释部分非线性特征，弥补AR模型忽略数据异方差性所带来的识别误差，识别精度提高了14.2%。该方法可为基于海量数据的桥梁结构状态感知提供一种新的思路。

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在车削、铣削、钻镗孔等机械加工过程中，由于再生切削效应，刀具-工件系统的运动方程存在时滞环节，导致系统的动力学特性发生改变。以车削过程为工程背景，定量研究了单自由度二阶线性时滞微分系统在受到外激励时的动力学响应。通过推导系统输入输出随时滞刚度及时滞量大小变化的传递函数关系，在参数空间得到了系统的幅频响应曲面。结果显示时滞将使得系统的工作模态发生改变，幅频响应出现多个共振峰，其中时滞刚度主要影响共振峰的峰值，而时滞量则主要影响共振峰的数量。同时，通过解析求解共振峰的脊线簇的方程，得到了共振峰在参数空间的分布规律。此外，数值求解得到了共振峰数目的定量分布图，结果显示，随着时滞刚度与时滞量的增大，共振峰的数目从1呈连续整数增加直至无穷，而系统阻尼对这一增长趋势无明显影响。通过车削试验平台上的模态锤击试验，验证了理论推导的时滞系统时频响应特性的相关结论。该研究在机床工作模态分析、整机动力学响应分析等方面具有潜在的学术与应用价值

铁路混凝土桥梁在施工制造过程中不可避免会造成结构参数的随机性(如混凝土弹性模量、密度等)，列车在运营过程由于旅客及货物的随机性会造成列车车体质量的随机性，这些随机性在列车桥梁随机振动中不可忽略。建立了竖向车桥耦合振动模型，利用基于自适应降阶的改进点估计法及Newmark-β积分法编制了随机车桥竖向振动程序，分析了考虑列车车体质量与桥梁结构参数随机的列车、桥梁随机响应的前四阶中心矩，与Monte Carlo法对比结果表明，改进点估计法能够高效精确地计算车桥耦合随机响应，效率提高了2~3个数量级。在得到相应的前四阶中心矩后，通过立方正态变换技术拟合出响应的概率密度函数，该方法可为列车-桥梁极限状态设计提供参考。

为研究光滑圆柱的气动力系数和绕流特性，在均匀流中进行不同风速下的测压风洞试验，试验获得了阻力系数、升力系数、表面风压分布、风压相关性系数、斯托罗哈数等随雷诺数的变化特征，并将试验结果与以往结果进行比较。研究表明：升力系数的脉动值大于阻力系数的脉动值，说明涡脱造成的横风向激励比顺风向紊流激励剧烈；雷诺数位于临界区域时，圆柱表面风压分布呈现出对称-不对称-对称的变化过程，反映了由层流分离转化为湍流分离的全过程；在雷诺数为352 000时呈现一侧为层流分离、另一侧为湍流分离的临界流态，风压呈现出左右不对称的单边泡形式；获得层流分离和湍流分离时的表面风压相关性分布特征，层流分离时圆柱同一侧的风压测点均呈较强的正相关，而湍流分离时在分离点前的区域相关性较强，分离点之后的区域相关性较弱；层流分离的升力系数谱有显著的峰值，表明尾流是规则的漩涡脱落，而湍流分离的升力系数谱没有明显峰值，表明尾流是随机的漩涡脱落。

地铁线路使用高弹扣件的直、曲线段均出现严重的短波长钢轨波磨(25 mm~30 mm)。针对该问题，在时域建立多车轮板式轨道系统模型研究了车轮间钢轨振动波反射而引起的垂向动态轮轨作用力。轮轨之间非线性的滚动接触等效为二维接触模型，其中纵向滑移区内的磨损与切应力引起的摩擦功成比例。综合瞬时轮轨动力学、接触力学和轮轨的长期磨损，对单、多轮轨作用下高弹扣件地铁线路以及普通扣件线路中钢轨波磨的进化过程分别进行仿真，通过对比结果表明使用高弹扣件地铁线路钢轨短波长波磨异常增长主要原因是钢轨振动波在临近车轮间的反射使得垂向动态接触力剧烈波动而加速轮轨间的不均匀磨损。最后，调频钢轨吸振器(TRD)引入系统模型并分析了其对这类短波长波磨的抑制作用，仿真结果表明TRD可以有效缓解车轮间的振动波反射以及相关的短波长波磨的异常增长。

以实际工程中的斜拉桥错列斜拉索为工程背景，设计了一套斜拉索风洞试验装置，对非平行的双排斜拉索进行了气弹模型风洞试验，研究了风攻角和风偏角对拉索振动的影响。试验观察到下游拉索发生明显的尾流驰振，尾流驰振的振幅及轨迹受风攻角与风偏角的影响显著。当风攻角为5°、风偏角为10°时下游拉索最容易发生大幅尾流驰振，因此将此组合工况定为最不利工况。针对此最不利工况施加了三种抑振措施，分别为刚性杆连接、弹性杆连接和增加阻尼，试验结果表明加刚性连接杆或弹性连接杆成功抑制尾流驰振，而当阻尼比小于0.68%时，增加阻尼对尾流驰振的抑振效果不明显。

为了装点城市夜景，对既有大跨度斜拉桥进行光彩亮化改造已成为一种趋势，但是安装照明灯具将显著改变斜拉索的气动形状，影响结构气动稳定性。为保证结构的安全及耐久性，通过风洞试验研究了安装灯具后斜拉索的抗风性能，评价亮化灯具对既有斜拉索产生的影响。以三种不同管径斜拉索为研究对象，制作了几何缩尺比为1∶1的节段模型，开展了测力和测振的风洞试验。研究结果表明：灯具的存在将显著改变斜拉索的气动外形，提高其背风侧漩涡脱落的频率，使斜拉索在更低的来流风速下就具备发生涡激共振的可能性。此外，灯具对斜拉索风雨激振的影响较为有限，对斜拉索干索驰振有一定的抑制作用。

针对基于配分函数的多重分形分析不利于局部标度特性突显的问题，把多重分形去趋势波动分析(MF-DFA)方法引入到爆破振动信号分析领域。研究表明：立井爆破振动信号具有多重分形特征，在周边眼不同装药形式下爆破信号MF-DFA谱和多重分形奇异谱具有显著差异，可作为判别周边装药结构形式的特征参数。MF-DFA谱图及其相关参数可以表征立井不同爆破方案下井壁振动响应状态特征，为炮孔装药结构和装药参数的识别与分类提供了一种有效的方法。

以结构件裂纹扩展过程中的健康状态评估为研究对象，针对结构件健康状态评估过程中广泛存在的Weibull型数据的特征，通过将Weibull型分布数据类型与贝叶斯理论相结合来提出了一种基于贝叶斯理论的结构件健康状态评估模型，并通过采用MCMC算法对复杂后验量的计算问题进行了求解。运用声发射手段对实例构件的健康状态数据进行了采集，基于贝叶斯理论的结构件健康状态评估模型对实例构件的健康状态进行了评估，评估结果表明5%与95%两个分位数构成了结构件健康状态评估参数的90%置信区间，后验参数的分布集中，且置信度达到90%，可以实现结构件健康状态的精确评估。

采用物理模型试验和CFD数值模拟方法研究了大长径比、低质量比的柔性串列圆柱体涡激振动现象。通过分析串列圆柱振幅、振动频率、受力特性和流场结构等特性，着重研究流速和圆柱间距对下游圆柱涡激振动特性影响。研究发现，上、下游圆柱涡激振动幅值差别较大，并且当流速大于某个值后，两者主导频率也不相同，由此提出分离约化速度Ur。流速和间距都会影响上游尾流对下游圆柱的作用，其中流速会影响上游尾涡强度及其发展程度，间距会影响上游尾涡发展空间及其与下游圆柱的接触位置。

该研究提出了基于二维频域光学振动层析(2D-FOCVT)获得悬臂梁模态频率从而实现对质量的高精度检测。在带集中质量悬臂梁固有频率计算理论和方法的基础上，对不同质量(系数)下悬臂梁前三阶频率(系数)与集中质量(系数)关系做了分析，比较了前三阶频率对集中质量变化的敏感性。利用自研发的2D-FOCVT系统实验测试了悬臂梁结构在附加集中质量下的一阶频率，对悬臂梁集中质量—一阶频率关系做了拟合，由此提出了应用一阶频率对质量变化的敏感性实现质量的检测方法。实验结果表明，自搭建的2D-FOCVT能提供纳米量级的振动位移精度，同时创新性地将2D-FOCVT结合模态分析进行附加质量块的质量称量，拓展了2D-FOCVT的应用。

以某汽轮机级为研究对象，采用三维非定常数值模拟的方法，研究了动叶顶部汽封泄漏涡的涡动特性和泄漏涡影响下汽封腔室内的压力脉动规律。结果表明：叶顶汽封腔室内存在周向螺旋状涡与壁角涡组成的多尺度涡系，涡系的位置和影响范围会随时间经历复杂的变化。叶顶汽封腔室内的压力脉动频率中兼具叶轮旋转的周期性频率和溃散为小尺度涡结构后的高频率。间隙内的多尺度涡结构和动静叶间交替变化的压力场在汽封间隙内的传播是引起汽封腔室内周向压力不均的主要原因。

准确地估算附加等效阻尼系数对于黏滞阻尼器减震结构的设计具有实用意义。该论文从线性化基本理论出发，通过阻尼器-结构耦合关系分析，提出一种基于全过程迭代和耗能相等的等效阻尼系数计算方法。计算方法物理意义明确，同时考虑了黏滞阻尼器自身参数和结构动力响应对等效阻尼系数的影响，且迭代过程具有收敛速度快、计算精度高等优点。该论文通过对多个算例的地震响应分析，并与精细化方法进行对比验证了该计算方法的可靠性。

针对转子裂纹故障特征难于提取,提出了一种基于蝙蝠算法(BA)优化参数的变分模态分解(VMD)诊断转子裂纹故障的方法。将蝙蝠算法应用于变分模态分解，对变分模态分解中参数K和惩罚因子α进行全局寻优，用BA搜索VMD的最优(α, K)组合，迭代过程采用局部极小包络熵为适应度值。仿真分析的结果表明，BA-VMD方法能很好的完成VMD参数K和α的自适应获取，且在抗模态混叠和抗噪声干扰方面的具有明显优势，最后采用BA-VMD方法对裂纹转子的位移信号进行了实验分析，分析结果表明，采用BA-VMD方法处理后的频谱能充分反映出信号的频率特征，且通过频率结构特征很容易识别出转子裂纹的故障特征。
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关键词：

为了描述压电式多维微定位平台的率相关迟滞非线性特性，提出了一种基于Hammerstein模型的建模方法。以一种二维微定位平台为对象，平台动态模型是由静态迟滞非线性部分和一个线性动态系统部分串联组成。静态非线性部分由改进的Prandtl-Ishlinskii模型描述，线性动态系统部分由外因输入自回归模型(ARX)模型描述，并给出了模型参数辨识方法。为了验证所建立的Hammerstein模型有效性，搭建了实验平台进行实验验证。实验结果表明，对平台施加不同频率电压信号，由Hammerstein模型得到的预测位移和实测位移相对误差范围为 1 %~5 %，预测位移与实测位移接近，说明所建立的模型能精确描述微定位平台的率相关迟滞特性。

为提高变幅杆的振动传递及振幅输出特性，基于解析法设计了具有锥形定位节面结构的旋转超声加工变幅杆，通过预应力模态分析与谐响应分析进行了优化设计；通过响应面优化方法建立27个优化设计点，分别以放大系数最大化、最大等效应力最小化与谐振频率最接近理论设计频率为第一、第二与第三优化目标，并提出一种5阶模态频响曲面验证方法，通过(2~6)阶5个模态频响曲面分析结果对优化设计点的最优优化解进行验证。研究表明，基于该研究提出的方法，结构优化设计后的变幅杆能够提高放大系数，降低最大等效应力，并使谐振频率接近理论设计频率，提高超声加工的能量利用率。对旋转超声加工装备的性能研究与开发具有一定的指导意义。

针对抑制与目标位置接近的平台外随队干扰的过程中，MVDR波束形成器在阵元数较大、快拍数不足时的主瓣畸变问题展开分析。以CSB sin-FDA接收阵列结构代替ULA-FDA接收阵列。快拍数不足时，将修正后的协方差矩阵导入模糊RBF神经网络计算最优权矢量，避免了矩阵求逆运算。与基于PA及FDA-BFF的MVDR波束形成器相比，在低快拍情况下，该方法在干扰位置处形成有效零陷的同时，主瓣指向能够保持在目标位置。且方向图仅在目标位置处形成单一主瓣峰值，这也为后续关于目标参数估计的一系列分析中的模糊消除奠定了重要基础。数值仿真验证了该方法的有效性。

隔振器作为舰用设备抗冲击的重要防护手段被广泛应用，而带有限位功能的隔振器在特定情况下所产生的二次冲击问题也是目前抗冲击设计所关注的主要问题之一。带有限位功能的隔振器可能会产生二次冲击效应，因此合理选择限位器刚度及设置限位位移，以确保冲击响应允许的条件下合理选择两种参数。同时，在研究设备抗冲击性能时是否考虑设备安装基座刚度，对设备抗冲击研究结果影响较大。以单自由度和双自由度无阻尼系统为研究对象，基于分段函数研究的方法，分析基座刚度对冲击响应的影响及不同限位器刚度及限位距离对冲击响应的影响，提供更为准确选择限位隔振器的依据。

为了提高无网格方法计算振动问题时的计算效率和计算精度，开发了无网格时域自适应算法。该方法在时域内采用时域自适应算法，将每个变量在每个时间步内离散成关于时间的展开形式，通过控制展开阶数保证自适应算法的精度，可以更准确的描述变量随时间的变化；同时将时空耦合的初值问题转化为一系列的空间边值问题，并采用无网格方法递推求解。该方法可以提高计算效率并弥补时间步长较多或较大时造成的精度损失，并通过数值算例验证了其准确性。

为探讨高阶振型对大跨度钢桁拱桥地震反应的影响，以某1~490 m上承式钢桁拱桥为研究对象，采用MIDAS Civil软件建立全桥有限元模型，基于振型分解反应谱法基本原理，通过动力分析与静力分析相结合的方法，提出了高阶振型对大跨度钢桁拱桥地震反应的分离方法，在此基础上分析了主控振型对大跨度钢桁拱桥主拱圈纵向地震反应的影响规律。结果表明：同一振型对主桁下弦杆的同一位置不同内力分量的影响程度不同。同一振型对主桁下弦杆不同区域的同一内力分量的影响程度不同。从主桁下弦杆整体内力分布看，各阶振型对下弦杆的轴力、弯矩影响规律较为接近，但对剪力的影响明显不同。对于轴力和弯矩，在L/8区域～拱脚区域内，高阶振型的影响显著。对于剪力，在跨中区域～L/4区域，高阶振型的影响显著，且多阶振型共同作用效果明显。

通过理论和试验对某金属橡胶非线性隔振器的传递特性进行了研究。基于含干摩擦阻尼的非线性迟滞力学模型，采用平均法求出系统的频率响应函数，从理论角度探究不同运动状态下的传递率及实现无谐振的条件；根据频率响应函数确定解锁频率与实现无谐振的临界干摩擦力；利用动态加载试验识别隔振器的力学参数，通过振动实验验证了理论结果。所得结论对金属橡胶隔振器的设计和应用具有重要的指导意义。

以润扬长江公路大桥北汊斜拉桥为工程背景，基于有限元软件ANSYS和数值计算软件MATLAB研究了以疲劳评估为目标的大跨钢箱梁桥车桥耦合动力分析方法中的一系列技术问题，包括以疲劳分析为目标的车桥耦合振动模型的建模方法和动应力分析方法、基于车桥耦合动应力的桥梁疲劳状态评估方法、不同桥梁应力分析方法的比较，以及路面不平度对桥梁疲劳状态的影响。研究结果表明，以疲劳评估为目标的桥梁车桥耦合动力分析方法能够有效地应用于大跨钢箱梁桥的疲劳状态评估，满足结构局部疲劳损伤累积仿真计算的需要。通过分别对不同应力计算方法下以及不同路面不平度下的桥梁动应力响应的对比分析，表明车辆载荷对桥梁作用的影响是局部的，对局部的桥梁疲劳累积有显著影响，在桥梁疲劳状态评估中采用车桥耦合动力分析方法能得到更为准确的结果。

为探索复合材料结构在外部激励作用下的振动能量传递及分布特性，基于结构声强法对玻璃纤维增强塑料夹层板的振动能量可视化技术进行了研究。基于结构声强概念，结合复合材料结构层合理论推导了玻璃纤维增强塑料夹层板的结构声强解析表达式；给出了基于有限元数值方法的结构声强可视化计算实现流程，利用Python和Matlab语言编写了相应计算程序；接着从固有频率、振型及结构声强矢量三个方面验证了所提出可视化程序的有效性；以玻璃纤维增强塑料夹层板为例，利用结构声强技术提供的图形信息实现了激励源定位及振动能量传递特性的可视化分析；最后提取了剪切分量、扭转分量和弯曲分量对结构声强矢量的贡献情况，直观展示了剪切分量在振动能量传递过程中的决定性作用。

为提高旋转机械的使用效率，及时识别滚动轴承的潜在故障，提出一种基于多特征提取和改进马田系统(MTS)的故障分类方法。通过时域、频域和自适应白噪声的完备经验模态分解（CEEMDAN）提取多维特征，构建初始特征集。结合马田系统和有向非循环图（DAG）的特点，构建DAG-MTS多分类模型，并将其运用到轴承故障诊断中。利用滚动轴承故障数据测试该模型的有效性和实用性，结果表明，该模型能够准确识别出滚动轴承的故障。

提出了一种子结构传感器位置优化和未测点结构响应重构的方法。按照结构体系，将整体结构划分为多个子结构，减少研究对象的自由度数目，然后对每个子结构单独进行传感器位置优化和响应重构。由于每个子结构的自由度数目都远小于整体结构，该方法有利于提高传感器位置优化和响应重构的效率。以最小化重构误差为目标方程，确定子结构传感器的位置和数目，并利用优化位置上的测量信息重构未测点的响应。数值算例和试验分析结果显示，利用有限测点测量信息重构的结构响应，在时域和频域里均能与计算或测量响应吻合良好。该方法不需要分割隔离各子结构和考虑复杂的边界条件，有利于该方法在大型土木工程结构中的使用。

与定轴齿轮箱相比，行星齿轮箱内部齿轮副复杂的相对运动所引发的振动响应更加复杂多样，因而对其关键部件进行故障诊断颇具挑战。当内部轮齿发生故障时，由于故障啮合位置的动态性引起传递路径的时变性，固定在系统箱体上的单个传感器观测到的故障信息强度亦将呈现不规则变化的独特性。若想恰如其分的利用这些故障信息实现简单而有效的诊断，需重点关注故障啮合位置的周期特性，而后基于该周期所观测的信号进行“统筹兼顾”的分析，便可突显出各类故障的差异性。该研究在深入研究行星齿轮系统内部齿轮副的运行规律的基础上，创新性的提出了确定太阳轮故障动态啮合位置周期的方法，并考虑了以下两种情况：行星轮各不相同；行星轮完全相同。基于上述两种情况分别推导出太阳轮和行星架所需的最小旋转圈数的一般性表达式，该表达式可用于计算齿圈固定型的行星齿轮箱中的太阳轮故障啮合位置的运动周期。最后通过实验提出并验证了基于上述周期的故障诊断最小数据长度。

我国现行抗震规范隐含的结构反应修正系数为一个常数R≈3.0，为了评定RC结构反应修正系数的取值是否合理，引入了反应修正系数能力需求比的概念。按我国现行抗震设计规范设计了不同层数、不同设防烈度的17个RC框架结构，基于OpenSees有限元平台，采用Pushover分析方法对结构进行抗倒塌能力进行分析，得到“临界倒塌状态”时的结构反应修正系数能力值；分别采用静力能力谱和动力能力谱分析方法，对结构在罕遇地震作用下的需求进行分析，得到反应修正系数需求值及其变化规律；进而得到反应修正系数能力需求比λ，其值均大于1，结构满足“罕遇地震作用下结构不发生倒塌”这一性能目标，且按VIII度设防设计的结构的反应修正系数较合理，按VII度设防设计的结构的反应修正系数偏于保守，按VI度设防设计的结构的反应修正系数过于保守，VI度设防时结构反应修正系数可以安全提高。