混凝土桥梁的收缩徐变效应在高速铁路桥梁工程中不可避免，会导致桥梁竖向变形，并最终导致CRTSⅡ型纵连板式轨道和桥面之间出现脱空。针对这一实际工程问题，深入研究收缩徐变引起的高速列车-纵连板式轨道-桥梁系统非线性动力相互作用问题。对桥梁收缩徐变下纵连板式轨道-桥梁系统非线性接触机制进行讨论；提出桥梁收缩徐变条件下高速列车-纵连板式轨道-桥梁系统非线性动力相互作用研究方法；在此基础上研究桥梁收缩徐变对桥轨非线性接触行为、轨道层间相互作用、轨道混凝土结构附加动应力以及列车动态特性的影响。研究表明：提出的研究方法可以有效地研究收缩徐变条件下列车-纵连板式轨道-桥梁结构的动力相互作用问题。在收缩徐变条件下，梁端处出现了底座和桥面间的脱空现象。列车动荷载引起桥轨接触力明显增大，同时也导致脱空区域发生明显变化。整体来看脱空区域长度对速度并不敏感。梁端位置处的轨道层间力有明显变化，砂浆力变化比扣件力剧烈。轨道板和底座上表面主要以承受拉应力为主，仅在脱空区域附近才出现局部受压；而下表面则呈现相反的应力分布。收缩徐变效应主要影响列车的振动，而对轨下结构的振动影响较小。

对现场胶结绝缘接头伤损特征进行了系统调研和测试，掌握了接头伤损不平顺波形规律，提出了接头伤损的简化模拟方法。建立了车辆-道岔耦合动力学计算模型，对现行速度条件下岔区胶结绝缘接头伤损对列车过岔动力性能的影响以及接头伤损状态下高速道岔对进一步提升运营速度的适应性进行了研究。主要结论如下：①胶结绝缘接头伤损主要集中出现在道岔前后现场制作的接头中，接头伤损不平顺具有显著的共同特征，主要分布在接头前后1.0 m长的范围内，从接头两侧往中心方向凹陷深度不断增加，在接头中心位置出现显著的短波不平顺突变，深度可达1.4 mm。构建复合余弦函数对接头伤损进行简化模拟，函数参量基于实测数据确定，可较好地反映接头伤损不平顺的主要特征。②绝缘接头伤损使高速列车进岔时产生显著的瞬态高频冲击，但对列车进岔后的动力性能影响较小。接头伤损所造成的轮轨垂向力及轮重减载率冲击幅值甚至超过了列车通过道岔过程中相应指标的最大值，但对于轮对运动轨迹以及车体振动影响较小。③接头伤损条件下，列车过岔速度提升后车-岔动力性能呈现劣化趋势，在伤损接头位置多项动力学指标显著增大，尤其轮重减载率达到0.895，超过了安全限值，轮轨垂向力增大20.37%。伤损接头位置产生的轮轨冲击对列车速度敏感性较高。

将经典随机共振的一维设定拓展到二维势场中，研究在噪声中受周期驱动的二维双阱势系统的随机共振机理及应用。基于绝热近似理论推导系统输出信噪比的解析式，发现系统发生显著的随机共振现象，且通过增大驱动力、耦合系数、关联系数或降低驱动频率能够进一步地提高输出信噪比。使用四阶龙格库塔法和遗传算法进行数值模拟实验，发现输出信噪比的理论曲线和实际数值曲线基本吻合，证明了理论推导的正确性，微弱信号检测实验结果表明系统能够有效地检测微弱周期信号。将系统运用于实际工业轴承故障诊断中，实验表明系统能够有效地诊断出轴承的内外圈故障，且通过比较峰值大小和峰值辨识度，证明了该系统的故障检测效果优于新型一维非饱和双稳系统。

土木工程结构试验中，作动器使用数量多于所要控制的自由度数量时会产生冗余作动器控制问题。为此，提出基于内点法和拉格朗日乘子法的冗余作动器控制方法，给出作动器系统能力可行域的求解方法，该冗余作动器控制方法在控制方程中以三参量的形式考虑了单台作动器的出力范围。以MATLAB为平台计算了作动器能力可行域和冗余作动器出力值，结果表明，当试件位移命令在作动器能力可行域内，该方法可以实现良好的加载控制精度；当位移在作动器能力可行域外，该方法可以保证试验的安全性。基于Simulink搭建控制平台，分析冗余系统和非冗余系统的工作状态；最后以双层双向虚拟混合试验为例，验证了所提冗余控制方法的精度和可行性。

流体机械流动噪声常使用管道法测量，风机管道声学测试中存在多种因素干扰影响测试的准确性。安装于管内的传声器接收到的信号包含了声源的“真声”、仪器表面局部湍流脉动压力引起的“伪声”、管壁振动辐射声以及管壁振动传递引起的传声器振动信号，通过试验方法对各信号成分进行了测试与分离。结论显示，传声器湍流自噪声“伪声”对“真声”测试产生明显干扰，需要安装气流防护装置降低湍流自噪声，而管壁振动分量远低于声源信号，对声源测试的影响可忽略不计。

在强摩擦和强腐蚀的环境中，铁基非晶涂层可以为钢质设备提供防护，但是对于铁基非晶涂层质量的无损检测与评价仍然没有有效的方法。针对涂层质量检测需要，提出一种涂层质量高频超声检测与评价方法。通过建立三轴超声扫查系统，完成对超音速火焰喷涂(high-velocity oxygen-fuel, HVOF)铁基非晶涂层信息的高频超声扫查；然后针对信号中的界面回波混叠情况，设计母波包，对各检测信号进行卷积、波包分解和窄脉冲替换等处理，分离和提取各界面回波，提高检测信噪比；最后将重构检测信号成像，直观观察涂层厚度和质量，并与扫描电镜(scanning electron microscopy, SEM)结果对照，相对误差约为3.2%。

以傅里叶主频为研究对象，在总结主振频率预测研究现状的基础上，提出了傅里叶主频的基本公式预测模型，并给出了预测模型参数求解方法。指出了以回归系数(R2)作为预测优劣判别标准的不足之处，提出应以残差平方和(residual square sum, RSS)作为预测相对优劣的判别标准。基于现场实测数据，比较了张立国公式、孟海利公式、卢文波等提出的基于球面波理论和柱面波理论的公式、叶红宇公式和作者推荐的基本公式6种预测模型的预测结果，结果表明：提出的基本公式预测的残差平方和(RSS)最小。考虑到爆破振动的随机性，以提出的基本公式预测模型为基础，引入正态分布理论对主振频率预测模型进行了修正。在定义主振频率相对误差(relative error of the main vibration frequency, REMVF)的基础上，得到了傅里叶主频关于爆心距R和单段最大装药量Q的分布模型，采用“3σ准则”验证了分布模型的正确性。根据“小概率事件”的基本思想，建议取双侧置信度为95%，进而可求得爆破参数确定下傅里叶主频可能的取值区间。

针对滚动轴承故障样本不完备问题，提出一种基于改进的LeNet-5模型的卷积神经网络故障诊断方法。该方法将包含多种转速的滚动轴承振动原始时域信号以二维灰度图形式作为模型输入，根据信号特点确定输入尺寸，通过卷积操作自适应提取特征，引入批归一化操作提高模型泛化能力，再用softmax分类器实现故障分类识别，最后采用t-分布邻域嵌入算法(t-SNE)直观的展示该方法的特征提取效果。开展滚动轴承多故障实验，分析模型优化的合理性和有效性。实验结果表明，通过对四种转速下的滚动轴承故障数据进行训练和识别，该方法能在有限转速的轴承故障样本中学习其共性特征，可以实现滚动轴承故障的准确分类，并且对其他转速的故障数据同样具有有效性，拓宽了轴承故障诊断的转速泛化能力。将该方法与BP神经网络(BP neural network, BPNN)和支持向量机(support vector machine, SVM)算法进行对比，结果验证了该方法有较好的鲁棒性和泛化能力。研究成果可为保障滚动轴承的可靠性以及设备的安全运行提供参考和借鉴。


 

针对目前恢复系数模型由于忽略恒定外力作用影响，从而导致无法有效预测多体系统碰撞过程中能量耗散的问题，提出一种恒定外力作用下的恢复系数模型。在结合碰撞过程中赫兹在弹性阶段以及Jackson和Green在弹塑性阶段建立的接触力和侵入深度关系模型的基础上，加入恒定外力的作用，同时根据碰撞过程中能量守恒原理，获得碰撞后的分离速度，建立恒定外力作用下的恢复系数模型，同时为提高工程实际应用计算效率，简化该计算过程，获得经验公式。将提出的恒定外力作用下的恢复系数模型与已有的恢复系数模型进行对比分析，结果表明：低速重载时恒定外力对恢复系数影响较大，且随着恒定外力的增加，使得侵入深度增加，进而导致塑性变形增加，分离速度减小，传统恢复系数模型不再适用，因而考虑恒定外力作用下的恢复系数可为不同初始速度和恒定外力作用的多体系统碰撞过程提供更为准确的计算模型。

研究了伞形膜结构在暴雨荷载作用下的动力响应问题。通过研究雨滴谱、雨滴体积占有率、雨滴降落末速度等暴雨荷载的计算参数，建立了雨荷载计算模型。利用Ansys和Fluent有限元分析软件对伞形张拉膜结构在暴雨荷载作用下的动力响应进行分析，并得到其动力响应规律。进行了人工模拟暴雨荷载试验，模拟了三种不同强度的暴雨荷载对伞形膜结构的作用，并将试验所得结果与数值模拟结果进行了比较。研究结果表明，虽然极端暴雨不能使膜结构直接发生破坏，但暴雨荷载会使膜面产生松弛，松弛率最高达到11.0%，平均为8.14%，从而降低其失稳临界风速，而影响结构安全。研究结果为张拉膜的安全设计提供了相应的理论参考依据，丰富了膜结构设计、建造和维护理论。

鸟撞是飞行安全的重要威胁，军机强度规范、民机和发动机适航标准均明确要求，须通过鸟撞试验等手段对结构抗鸟撞能力进行验证，并对鸟撞关键部位、鸟撞速度和鸟弹规格等给出明确规定。家禽鸟弹因个体差异因素导致鸟撞响应出现较大分散性，人工鸟弹成为该领域的重要研究方向，相关标准指出可使用人工鸟替代家禽实施鸟撞试验。介绍了明胶人工鸟的制备工艺，基于国内外鸟撞试验结果梳理，分析了人工鸟弹与家禽鸟弹动态一致性和可替代性；阐释了人工鸟弹形状和尺寸等因素对撞击响应的影响，给出了人工鸟本构模型及本构参数识别方法的最新进展与不足；梳理了人工鸟在鸟撞试验研究方面的应用现状及人工鸟标准化方面的展望。

采用Love-Timoshenko理论和Helmholtz方程建立了轴力和水压作用下原油-管道-海水耦合模型，计算得到了深水输液管道壳振动周向模态的固有频率。通过文献对比，验证了该计算结果的准确性。通过不同工况管道固有频率对比，发现湿模态分析具有不可替代性，原油、海水的存在会降低管道壳振动固有频率，但不会影响管道弹性失稳的临界压力，原油恒定流速的影响可以忽略不计。通过耦合模型参数影响分析，发现边界条件和长径比对高周向模态频率影响较小，而对低周向模态频率影响较大，特别是基频。轴向拉力会小幅降低管道固有频率，进而小幅降低管道弹性失稳临界压力。水压会大幅降低管道固有频率，甚至引发结构失稳。因此，在深水输液管道湿模态周向振动特性分析中轴力和水压作用应加以重视。

在冲击作用下，传统预紧缓冲器能够为设备提供良好的缓冲效果，但是当外界冲击大于缓冲器预紧力并发生变形时，会产生大于预紧力的冲击力响应，从而影响缓冲性能。为降低预紧缓冲器的冲击力响应，提高缓冲性能，提出一种磁力预紧缓冲器。利用谐波平衡法对磁力预紧缓冲器的非线性微分方程求解，获得该系统的方程解；通过数值计算获得磁力预紧缓冲器的冲击响应规律，将磁力预紧缓冲器与传统预紧缓冲器的冲击响应进行对比分析。上述计算结果说明，在具有相同预紧力的情况下，磁力预紧缓冲器的冲击响应受到磁力预紧力和线性刚度的影响；与其它预紧缓冲器相比，通过选择合适线性刚度的磁力预紧缓冲器，传递力响应以及速度响应都能够明显地降低，而位移响应基本保持不变。利用跌落冲击机对原理样机进行冲击试验，试验结果与理论结果基本一致，验证理论计算结果的准确性。

利用深度神经网络进行机械故障诊断存在复杂的调参过程，并且参数的赋值对诊断结果影响很大，为解决该问题提出一种基于深度森林的诊断模型。采用重采样技术提取了时域和频域特征；以多组简单工况下的轴承实验数据训练构建深度森林模型，在分析超参数对模型影响的基础上确定了诊断模型的关键参数；将该模型应用到复杂工况下，与随机森林模型及深度神经网络模型进行比较，实验结果表明该方法不仅有效而且具有较强的泛化能力。

由于良好的超弹性和阻尼特性，橡胶作为减振材料已得到广泛应用。在循环载荷作用下，材料的黏滞损耗以热形式耗散，引起材料自热升温，进而影响材料的动态黏弹特性，这是一种热力耦合效应。采用一种修正的Kraus模型描述橡胶材料动态损耗模量随温度、载荷频率和应变幅值的变化规律，同时，依黏弹性理论给出循环受载橡胶的黏滞生热率，并编制相应的计算程序。通过Abaqus有限元软件的变形分析、热分析以及热力耦合迭代计算，模拟橡胶圆柱试样和橡胶沙漏减振弹簧的疲劳黏滞生热规律，得到了不同载荷频率和应变幅值下的温度场及自热温升的时间历程曲线，计算结果与试验测量值吻合良好。

针对大型复杂装备的早期微弱疲劳损伤进行识别和评估这一亟待解决的问题，基于高阶弹性模量分析的非线性超声无损检测方法由于对疲劳导致的微观结构改变具有敏感性而在近年引起关注。针对两列同向共线纵波混叠的情形，运用高分辨率的半离散中心差分方法，对波束混叠法这一新型非线性超声无损检测方法在评价材料早期疲劳损伤的应用开展了数值研究。通过对谐振波成分的传播特性的分析可见，差频与和频谐振波成分可以同时在两个相互垂直的方向上产生和扩展，而其中剪切方向产生的差频谐振波成分能够随材料非线性系数而单调递增，从而可以对材料非线性进行准确测量，进一步为波束混叠法在材料早期微弱疲劳损伤损伤检测中的应用提供有效的方法和依据。

主动控制旋翼可用于减振、降噪、性能提升等，被称为下一代旋翼。经典的频域HHC算法常受限于作动器性能饱和，极大的降低了控制性能。在基于1-范数约束的二次规划（QP）法的基础上，提出了一种迭代-QP算法，进一步减小了控制信号的保守，提升了控制性能。采用一副装有主动控制后缘襟翼（ACF）旋翼的线性模型进行仿真，并与缩放、截断、自动权重、序列二次规划、1-范数-QP法进行比较，展现了迭代-QP法处理HHC中作动器饱和问题的优越性。

以Florence模型为基础提出了一种修正模型，可以用于求解金属/陶瓷复合装甲板的弹道极限速度。修正模型考虑到弹体在撞击过程中的变形，在原始Florence模型基础上，结合泰勒理论来计算弹体变形能。修正方程的理论解与Winkins的实验值较为吻合。最后根据修正的Florence模型，分析了板厚参数对靶板弹道极限速度的影响。

基于对同时考虑定转子间动、静偏心不平衡磁拉力模型的构建，建立了电磁激励下水电机组碰摩转子-轴承系统弯扭耦合振动非线性动力学方程，采用数值分析方法研究了质量偏心、励磁电流和气隙动静偏心参数变化对系统动态响应的影响，并与仅考虑广义气隙偏心影响下机组碰摩弯扭耦合振动模型进行了对比。结果表明，随着质量偏心的增大，系统弯扭耦合作用明显增强。动、静偏心的加入显著改变了系统动态特性，周期7及周期10等新的运动特征得以显现。此外，动、静偏心对系统动态响应的表现形式影响存在明显不同。相比于静偏心，以诱发一倍转频电磁激励成分为主的动偏心故障更容易使机组产生较大振动，甚至造成全周碰摩情况发生，需要引起足够的重视。

针对飞机舵机电动加载系统存在舵机与加载电机耦合所造成的多余力矩扰动问题，以无刷直流电机作为加载机构，构建系统数学模型，并提出一种基于鲸鱼优化算法(whale optimization algorithm，WOA)的内环电机速度控制、外环力矩控制的双环复合控制策略。在电机速度环控制中，结合Skew Tent混沌映射、动态搜索因子并改进适应度函数设计基于改进型WOA的零基准自抗扰控制器(active disturbance rejection control，ADRC)，利用改进型WOA实现零基准ADRC的参数寻优；在力矩环控制中，设计带有补偿环节的重复PID控制器。仿真结果表明，改进型WOA具有良好的寻优能力，且基于此的双环复合控制策略能够有效提高系统跟踪能力并能明显抑制多余力矩。

为改善载货车辆极限状态的操纵稳定性和侧翻稳定性，在非线性工作域内进行主动横摆和侧倾力矩的改进型滑模控制，实现载货车辆横摆-侧倾运动的联合控制。利用扇形域建立非线性悬架和轮胎的T-S模型，结合模糊观测器获取悬架和轮胎动态模型参数。基于T-S方法的横摆-侧倾联合控制模型，考虑横向载荷偏移对期望横摆角速度的影响，建立横摆状态和侧倾状态滑模面，设计了改进型滑模方法的动态滑模参数，并对控制系统进行Lyapunov稳定性分析。在Trucksim中采用Sine with Dwell转向输入进行验证，结果表明：结合模糊观测器的T-S方法能够准确模拟模型参数的非线性变化，动态滑模参数具有不同路面摩擦状态的自适应性，结合T-S模型的动态参数滑模方法能显著提高载货车辆极限状态下的稳定性，控制性能优于传统滑模方法。

针对齿轮故障信号易受噪声干扰导致故障特征难以提取的问题，提出一种基于变分模态分解（variational mode decomposition，VMD）和最大重叠离散小波包变换（maximal overlap discrete wavelet packet transform，MODWPT）相结合的信号去噪方法。采用VMD方法将齿轮振动信号分解成一系列不同中心频率的固有模态函数（intrinsic mode function，IMF），对VMD分解过程中影响其精度的主要参数选择方法进行了探究，提出相关参数的选取依据。结合能量熵增量-频域互相关系数准则以剔除分解出的高频噪声和虚假干扰成分；采用MODWPT方法对包含高频噪声的IMF分量进行去噪，以进一步提升信号的去噪效果和性能指标；最后将去噪后高频IMF分量同表征信号自身特征的敏感模态分量重构为去噪信号。通过仿真信号和齿轮断齿故障信号的分析，证明了所提方法的有效性和实用性。

行星轮系的均载特性对齿轮箱的运行性能及服役寿命有重要的影响。为揭示裂纹扩展对系统均载特性的影响，构建了计入齿根裂纹损伤的复合行星轮系动力学模型，考虑了时变啮合刚度、时变支撑刚度、啮合相位、阻尼、裂纹等非线性因素。建立裂纹齿圈时变啮合刚度模型，研究不同裂纹程度与时变啮合刚度之间的量化关系，将损伤以内部激励的形式引入到动力学模型中；推导滚动体与滚道之间的非线性弹性接触力，得到各构件的时变支撑刚度；进一步，获取不同裂纹扩展程度下各啮合副啮合振动信号，综合采用时间历程、频谱、相轨迹及Poincaré映射图分析裂纹扩展对系统非线性振动特性的影响；计算各啮合副均载系数，分析裂纹扩展对系统均载特性的影响规律。

贮箱是航天器的重要组成部分，就其结构方面来讲，基本特点是结构重量轻、刚度和强度要求高。贮箱本身填充大量液体，同时还需要经历较复杂的力学环境。因此薄壁贮箱的流固耦合问题，特别是动力学问题，一直是航天器的关键问题之一。针对薄壁贮箱的流固耦合问题，建立了弹性充液贮箱模型，采用双向流固耦合方法对考虑流固耦合效应的充液贮箱进行了瞬态响应分析，得到了充液贮箱液体晃动波高以及贮箱结构应力随时间的变化历程。通过改变贮箱的材料、厚度以及箱内液体的充液比，研究了箱体柔性对液体晃动及结构受力特性的影响。结果表明：适当增加箱体材料的柔性，即通过减小材料的杨氏模量、密度和厚度，可以有效抑制贮箱内液体晃动；增大箱体的厚度或者减小材料的杨氏模量和密度，箱体受到的应力均减小；改变箱内液体的充液比，可以发现，随着箱内液体充液比的增加，液体晃动幅度减小，箱体受到的应力增大。

振动能量采集技术是一种非常有前途的清洁能源技术，在飞行器结构传感器网络等方面有重要应用潜景。针对低频振动能量采集技术主要存在的功率密度低、采集频带窄等问题，提了出碰振升频振动能量采集设计方案。在考虑机电耦合的前提下，建立了碰振升频采集系统的碰撞动力学模型，并对其进行了无量纲化处理。通过数值仿真，研究了不同碰撞间隙对系统输出电压和输出功率的影响，探讨了碰撞次数对电能输出改变的规律。研究结果表明：高频采集振子对低频驱动振子起到限位作用；随碰撞间隙的减小，输出电压的均方根峰值往高频方向移动，并不明显影响最大的输出电压；在碰撞发生频带，高频采集振子对总功率输出的贡献比例明显提升，约提升30%；相较于多次碰撞而言，单次碰撞更能确保电能输出的稳定性。

大跨度桥梁地震激励具有明显的非一致性和随机性，且在强震作用下大桥部分构件会进入弹塑性状态，然而目前尚缺乏非一致地震激励下大跨度桥梁弹塑性随机响应的有效计算方法。在大质量法的基础上推导了非一致地震激励下大跨度桥梁弹塑性动力响应的时域显式表达式，利用该表达式的降维列式优势，仅需针对结构弹塑性单元自由度进行迭代计算，进而对大跨度桥梁结构快速开展弹塑性时程分析；结合蒙特卡罗法，高效获取非一致地震激励下大跨度桥梁的弹塑性随机响应。以某主跨为1 200 m的悬索桥为工程实例，采用纤维梁柱单元模拟大桥弹塑性构件，开展顺桥向非一致地震激励下的弹塑性时程分析以及弹塑性随机振动分析，验证了该方法的正确性和高效性。研究结果表明，该大桥非一致地震激励下的内力标准差和平均峰值比一致地震激励下的结果既可能偏大也可能偏小。

为获得柔性太阳能光伏支架支撑索风荷载分配系数，通过刚性模型测压风洞试验获取光伏组件表面体型系数分布规律，基于偏心风荷载分布模型计算分配到支撑索的力。结果表明：小倾角光伏组件极值风荷载发生在0°、30°、150°或180°风向角，单排中间区域光伏组件风荷载较大；组件表面风荷载分布规律沿风向表现明显的梯度，且迎风端所受风荷载大于背风端；板长方向偏心距大于宽度方向，基于风荷载不均匀分布特性提出柔性支撑光伏组件偏心距风荷载分布模型，给出偏心距风荷载分布模型体型系数和偏心距取值建议，并提出了柔性光伏支架上、下支撑索风荷载分配系数取值建议，为柔性太阳能光伏支架抗风设计提供依据。