面向军用车辆弹道防护需求，针对一种由孔板、斜板和基板组成的N形结构装甲板，进行了其抗7.62 mm穿甲弹侵彻性能的数值模拟分析。在验证数值模拟方法有效性的基础上，仿真了子弹对N形装甲板的侵彻过程并分析了其特殊的抗弹机理；研究了弹着点位置对装甲板抗弹性能的影响，结果表明，弹着点位置的不同会导致穿甲弹的侵彻路径和剩余速度的差异；通过对比贯穿3种构型孔板后弹体的偏转角度和完整性，发现锥形孔板对弹体姿态的改变和破坏更大；通过多组仿真得到了锥形孔N形装甲板的弹道极限。结果表明，与等质量均质钢板相比，锥形孔N形装甲板的弹道极限提高了12.5%。

结构损伤是一种非线性发展过程，会导致结构模态参数的变化，因此可以通过时变模态振型特征识别损伤状况。对结构的响应信号进行小波变换，提取当小波系数模出现局部极大值时的尺度参数，利用这些尺度参数识别结构的瞬时频率。选取特定尺度参数，对结构各个节点的信号进行小波变换，将信号解耦到只含某一阶模态，通过小波系数的比值进行归一化处理，从而得到结构的瞬时振型。对结构瞬时振型差做小尺度的小波变换，通过小波系数的实部出现极大值的时间及其出现的位置识别出结构的损伤时间与损伤位置，通过极大值的大小判断损伤程度。应用一个悬臂梁和斜拉桥数值算例，证明该方法不仅能准确识别结构发生损伤的时间，而且能高精度、高效率地识别结构损伤位置和损伤程度。

基于含分数阶微分的单自由度线性双侧刚性碰撞模型，研究了双侧对称碰撞振动系统在简谐激励下的稳定性和分岔行为。利用平均法得到分数阶线性系统的等效刚度和等效阻尼，获得碰撞振动的稳态解；利用迭代法得到更精确的瞬态固有频率，从而获得碰撞振动的瞬态解。在此基础上，得到了双侧对称碰撞振动系统的近似解析解。根据近似解析解，分析了对称n-1-1周期运动的存在条件，并利用Poincaré映射研究了n-1-1周期运动的稳定性。详细分析了当外界激励频率、分数阶阶次和间隙变化时系统的分岔行为。分析结果表明，在双侧对称分数阶振动碰撞系统中，存在着擦边分岔、音叉分岔、倍周期分岔和混沌运动。

提出一种利用齿轮齿条、惯质元件和黏滞阻尼元件组合的拉索用新型惯质阻尼器，给出了阻尼器各元件参数的理论设计方法，并指出了其耗能原理。利用理论推导结合数值计算的方法给出其单体耗能性能，建立了拉索-惯质阻尼器体系的平面内运动方程，使用复模态分析法，给出了考虑垂度拉索-惯质阻尼器体系的模态阻尼比计算公式。针对某实际拉索，使用无量纲化分析方法，给出了实索惯质阻尼器的设计参数及相应的拉索模态阻尼比。研究了同一惯质阻尼器参数对不同拉索振动模态的减振效果。结果表明,当有垂度拉索在惯质或阻尼增大时会趋近于本阶次的嵌固频率。针对某实际超长拉索，当目标减振模态阶数不太多时，经过惯质、黏滞阻尼及安装位置等多参数调谐之后，可获得优于现有黏滞阻尼器的广谱减振效果。

针对现有光滑粒子流体动力学(smoothed particle hydrodynamics，SPH)方法在对齿轮齿条等具有复杂边界的机构进行动态啮合及传动过程分析的不足，基于齿轮齿条啮合及传动特点进行了改进。通过改进其相互作用力，提出了一种适用于复杂边界动态啮合及传动分析的SPH计算方法，并编程实现了相应的SPH程序。采用该SPH算法对一个简化的齿轮齿条啮合及传动算例进行了分析，得到了不同时刻齿轮齿条位置、速度变化及应力分布等信息，揭示了齿轮齿条机构发生齿面点蚀及齿根破坏的力学原理，并与有限元方法对比验证了方法的可行性。该研究提出的SPH方法可广泛应用于齿轮、齿条、轴承等具有复杂动态接触边界的机构的强度评价和优化分析，为该领域的数值分析提供了一种新的思路，同时也推动了SPH在该领域内的进一步发展。

将螺旋槽型动压气体止推轴承(spiral groove gas bearing，SGGB)与主动磁轴承相结合，搭建了轴向磁气组合轴承转子系统试验台。通过仿真分析，研究了槽深、槽数、槽宽比、槽端半径比和螺旋角等结构参数对螺旋槽型动压气体止推轴承承载力的影响。通过高速旋转试验，研究了螺旋槽型动压气体止推轴承的实际承载力和系统的动态性能。通过跌落试验，验证了螺旋槽型动压气体止推轴承作为轴向保护轴承的可行性。研究结果表明，引入螺旋槽型动压气体止推轴承，有助于提高系统的动态性能，当轴向磁轴承失效时，可减轻转子直接撞击造成的损害。

基于混凝土两相介质细观模型和Kong-Fang材料模型，将混凝土看作骨料和水泥石两相介质，通过数值模拟得到混凝土的高压状态方程(equation of state，EoS)。骨料和水泥石均采用Kong-Fang材料模型描述，其中破坏面参数自动生成，高压状态方程分别采用分段线性拟合平板撞击实验数据和改进的混合法则得到。该模型和方法得到了已有平板撞击实验的较好验证，并在细观尺度上分析了混凝土中冲击波传播规律，发现数值模拟和已有实验中观测到的压力波动现象是混凝土材料的非均质性引起的。参数敏感性分析结果表明破坏面参数对高压状态方程影响较小，而水灰比对其影响较大。

提出了一种能够高效降低齿轮箱多个场点上空气噪声的肋板布局方法。说明了声学贡献量最大区域的确定流程，以该区域法向振动速度最大节点上的速度最小为目标建立了可降低齿轮箱单场点上空气噪声的拓扑优化模型。提出了齿轮箱多场点上空气噪声的衡量指标，根据优化模型和衡量指标建立了多场点低噪声齿轮箱结构设计方法。运用该方法在单级人字齿轮减速器箱体表面新添了降噪肋板。结果表明：每次根据拓扑优化结果新添降噪肋板后，目标场点上的声压级均有明显降低；根据提出的方法多次新添降噪肋板后，齿轮箱多个场点上的空气噪声水平有了明显降低。

为探究元胞自动机(cellular automata，CA)方法在求解声学问题中的适用性，结合CA原理与声波方程导出一维平面波场CA的局部演化规则，构建出一维声学CA模型，并计算不同边界条件下声管内的声压分布，同时对比解析解验证模型的正确性；以球坐标下的声波方程为基础，推导出脉动球源Y函数的CA局部演化规则，进而建立二维声学CA模型；利用该模型探讨脉动球源声辐射规律，并将分析结果与解析解进行对比。结果表明：所建立的声学CA模型能准确模拟平面波场与球面波场声辐射规律，且结果与解析解吻合程度高；该CA模型可避免传统CA模型中元胞状态各向异性更新的问题；对于双球源组合声场，该CA模型依旧具有良好的适用性。

针对垂向车-桥系统时域计算效率不高的问题，结合灰箱模型，提出了一种垂向车-桥系统动力响应计算的代理模型方法。通过对车桥系统进行分析，得到输入和输出样本进行灰箱模型参数训练，使车体加速度响应误差最小化，得到代理模型。通过蒙特卡罗模拟，验证了该方法的准确性和效率。结果表明，相比蒙特卡罗模拟方法，该方法计算效率明显提高，计算时间减少了约7倍，且计算误差小。

基于广义多项式混沌(gPC)理论和汽车系统动力学，建立了考虑电机参振的不确定参数电动汽车的平顺性分析模型，并与蒙特卡洛法对比，验证了模型的正确性。以某型电动乘用车为例，分别在整车和电机总成两类参数不确定(10%~30%变异系数)条件下，计算了汽车以10~60 km/h车速通过脉冲型路面时的平顺性指标和电机振动响应的均值、方差、变异系数、概率密度和分布以及超限概率等统计指标，分析了不同变异系数下两类参数不确定对各自振动响应的影响程度和规律。结果表明： gPC理论能快速给出参数不确定对各统计指标的影响程度和规律，且该影响十分显著；在所分析速度域内，随参数不确定程度的增加，各均值响应最大值基本不变，但其方差、变异系数和分布范围均不断增大，超限概率的变化规律存在多样性。当不确定参数变异系数为30%和车速为60 km/h时，车体加速度、悬架压缩量、轮胎载荷、电机加速度和悬置压缩量响应最大值的变异系数最大，分别可达34%，47%，42%，15%和51%；不同参数变异系数和车速条件下，以上各响应最大值超越给定限值的最大概率分别达53%，36%，30%，75%和68%，车轮离地最大概率则达到64%。

为了探究不同结构形式大跨度钢桥的结构噪声辐射特性，基于车辆-轨道-桥梁耦合振动分析和统计能量分析(SEA)理论建立了大跨度钢桥的结构噪声预测模型。首先以构件的模态相似度对桥梁子系统进行划分；然后建立车辆-轨道-桥梁耦合振动频域模型，基于轨道不平顺理论描述轮轨相互作用，从而得到轨道板-桥面板频域支承力作为输入激励；最后基于统计能量功率平衡方程，建立桥梁子系统间的动力学、声学耦合关系并求解。经千厮门大桥的现场试验对该模型的可靠性进行了验证，并基于该预测模型对大跨度钢桁梁、钢箱梁桥结构噪声的频谱特性、远场辐射规律、衰减速率、构件声贡献量等进行了分析。结果表明：大跨度钢桁梁、钢箱梁桥的结构噪声以中、高频为主，峰值在63~160 Hz频段；钢桁梁的下层桥面系在水平和垂直测点声贡献率可达79.40%和90.96%，其中桥面板为32.08%和35.47%，纵梁、下弦杆、横梁次之；钢箱梁桥面板在水平和垂直测点声贡献率可达31.38%和46.04%，其次是横隔板和边腹板，纵肋、中腹板和底板的声贡献量远小于前者。

为建立黏弹性耗能结构及其保护系统的抗震分析与设计方法，结合虚拟激励法对设置支撑的Maxwell阻尼耗能系统均匀与非均匀非平稳、完全非平稳随机地震响应的数值分析方法进行了系统研究。构造设置支撑的Maxwell阻尼耗能系统，通过扩阶方法建立结构动力方程；基于高效的虚拟激励法，提出了均匀与非均匀非平稳、完全非平稳响应的简谐-指数-多项式精细积分一般通用精确格式，得到了8种经典均匀与非均匀调制非平稳、完全非平稳地震响应的具体解析解，使计算结果不受步长影响；可得出耗能结构系统的均匀与非均匀非平稳、完全非平稳地震响应方差。通过算例分析表明该方法具有应用范围广、效率高、工程应用强的特点，为黏弹性耗能系统均匀与非均匀非平稳、完全非平稳地震响应分析提供了方法。

研究多跨高墩变截面梁桥的自由振动特性。计算主梁截面等效面积和等效惯性矩，将桥墩简化成弹性支承，基于Euler-Bernoulli梁理论建立了一个带有多个弹性支承的多跨高墩桥梁分析模型。将弹性支承反力看作是梁上的未知外力，计算主梁固有频率及振型，计算结果与有限元结果具有很好的一致性。分析了主梁截面变化率与桥墩高度对主梁固有频率以及振型的影响，研究结果可为多跨高墩变截面梁桥的合理设计提供参考。

基于福建宁德地区500 kV输电杆塔离地15 m，27 m，53 m，67 m，和82 m高度处台风“Soulik”实测数据，研究了平均风速、湍流度和阵风因子在垂直高度范围内的变化规律。结果表明：当风速小于12 m/s时，粗糙度指数随平均风速的增大而减小；当风速超过12 m/s时，粗糙度指数随平均风速变化较小。摩擦速度随平均风速的增大而增大，并且随着高度的增大其数据离散度也不断增大。用公式计算出近地边界层高度随平均风速的变化规律不明显，实测数据平均值为2 007.89 m，远高于我国规范规定B类地貌下大气边界层高度350 m。台风“Soulik”平均风速沿高度地变化规律与指数率和对数率模型吻合较好。通过指数型拟合分别得到了纵向、横向和竖向湍流剖面的表达式，同时对实测阵风因子进行了形如Gi=α(z/10)β的拟合，并获得了阵风因子的经验表达式。

通过试验与有限元分析(FEA)相结合的方法研究了蛋白粉罐托盘堆码包装单元在水平方向和竖直方向的冲击响应特征，分析了不同约束方式和冲击位置对该系统响应的影响规律。结果表明:该托盘堆码包装单元具有多个共振点，在100 Hz以内主要由前三阶共振频率控制；薄膜加4条打包带约束方式下的二阶共振频率和三阶共振频率均大于6条打包带和4条打包带的约束方式，而6条打包带的约束方式和4条打包带的约束方式前三阶共振频率相接近；有限元计算得到的共振频率和产品加速度响应曲线趋势与试验结果较吻合，且冲击力载荷与最大响应位移以及最大响应加速度呈现非线性关系。有限元法可为物流冲击环境作用下产品包装件的分析与设计提供有效指导。

采用SPH-FEM(smoothed particle hydrodynamics with finite element method)模拟了后混合磨料水射流在喷嘴中的混合过程，并研究了射流速度、磨料浓度以及岩石围压等因素对后混合磨料水射流破岩效果的影响规律。研究结果表明：在柱塞推动下，水与磨料在喷嘴的混合段、收敛段与直线段分别获得加速，最终磨料的速度可增加至纯水速度的80%；岩石破碎深度随射流速度呈近似线性增加，而破碎宽度随射流速度变化不大；磨料射流较纯水射流的破岩损伤更加明显，岩石的损伤随磨料浓度呈先增大后减小的趋势；岩石的破碎深度随着围压的增加呈近似线性减小的趋势。数值模拟结果与破岩实验现象基本吻合，该研究结果可为磨料水射流破岩的应用提供一定的理论支撑。

针对高地隙喷雾机作业时其平顺性不佳的问题，建立ADAMS软件高地隙喷雾机虚拟样机仿真模型，并基于谐波叠加原理建立适应于高地隙喷雾机田间作业工况的E等级随机路面模型。考虑液体晃动对高地隙喷雾机作业的影响，建立药箱液体受迫晃动模型，并对其随机加速度激励进行研究，结果表明液体晃动程度受侧向和纵向加速度影响较大。根据药箱液体受迫晃动模型建立高地隙喷雾机车液耦合模型，对高地隙喷雾机不同车速、不同充液率、不同悬架参数工况下的高地隙喷雾机平顺性进行研究，得出各因素对高地隙喷雾机作业平顺性的影响规律，并优化最佳悬架参数，提高了高地隙喷雾机作业平顺性。

结合分数阶微积分理论，针对1/4车辆主动悬架模型，设计一种以车身垂向加速度为反馈变量的分数阶控制器。综合车身垂向加速、悬架动挠度和车轮相对动载荷3个指标，建立优化指标的无量纲评价函数。将分数阶控制器的比例系数、积分系数、积分阶次、微分系数及微分阶次当作五维空间粒子，采用量子粒子群算法(QPSO)确定最优粒子。利用MATLAB软件建立悬架系统仿真模型，分别对被动悬架、含整数阶控制器的主动悬架及含分数阶控制器的主动悬架进行时域和频域仿真研究，对比结果表明，相对于整数阶主动悬架与被动悬架，含分数阶控制器的主动悬架明显改善了汽车平顺性。基于量子粒子群算法的主动悬架分数阶控制策略能更有效地抑制车身共振、改善汽车乘坐舒适性。

通过9个高延性混凝土（HDC）加固震损混凝土短柱轴心受压试验，研究了在大的截面尺寸和高度下HDC加固对混凝土短柱加固效果的影响程度，探讨了HDC加固混凝土短柱的承载能力以及变形能力。试验结果表明：利用HDC良好的裂缝控制能力和界面黏结能力，使得受损混凝土短柱的峰值应力达到原柱的80％~90％，峰值荷载提高了10％~30％，纵向极限应变提高了约47％~141％，对应的纵向极限荷载提高了约48.7％~129.0％，横向极限应变可达0.42%~0.77%，约为加固前的2倍~3倍，横向极限荷载提高了23％~112％，受损混凝土短柱的延性得到极大地增强，承载能力得到一定程度地提高。对应力应变全过程曲线进行拟合分析，实测曲线与计算曲线拟合较好。基于破坏机理与约束理论，给出轴心受压承载力公式，公式计算值与试验实测值吻合较好。

为隐匿并降低船舶辐射水声中的线谱信息，提升船舶水声隐身性能，提出了一种基于混沌同步与迁移控制的船舶机械设备隔振系统（VIS）线谱控制方法。利用广义同步控制使隔振系统处于持续混沌运动状态，分析混沌同步系统的多吸引子共存现象以及不同吸引子对应的线谱控制效果，分别对开环控制、线性反馈控制、开环加闭环控制、开环加非线性闭环控制等迁移控制方法展开算法研究和稳定性研究，并将其应用于同步系统中混沌吸引子之间的迁移控制。仿真结果表明：广义同步控制下的隔振系统中有多个稳定的混沌吸引子，选择合适的迁移控制方法能够使混沌同步系统稳定运行于小振幅的混沌运动，降低特征线谱强度和设备振幅，并且该方法具有稳定性强、能耗低的特点。

国内高速铁路网不断完善，沿海铁路海湾地形的风场特性亟待研究。基于福厦客专—泉州湾跨海大桥桥址处40 m风塔，实测获得了201911台风“白鹿”影响下的泉州湾近地风场实测数据。基于经验模态分解（EMD）技术得到了台风全过程时变平均风及相应脉动风样本，采用四参数风速功率谱模型拟合了台风纵向、横向及竖向功率谱，在此基础上对拟合参数进行了平均风速影响分析及概率密度分析。建立了38 m高度处台风演化功率谱并与同风速范围的相关规范建议风谱进行了对比。研究表明：四参数风谱模型能较好适用于实测台风风谱，各拟合参数随平均风速变化并不显著，拟合参数B随A呈指数型增长；核密度估计方法能较好拟合风谱参数的概率密度分布，拟合谱中的A参数概率密度近似对数正态分布，而B,C及α参数则与正态分布接近；测点接近7级风圈时所测脉动风湍流动能较位于风圈内时强；规范风谱并不能很好地反映“白鹿”台风引起的跨海大桥主梁高度处湍流功率谱密度（PSD）特征。

为解决岩巷掘进机动载荷识别困难问题，提出了一种基于经验小波变换（EWT）和相关性阈值去噪相结合的掘进机截割头振动信号特征量提取方法。不同岩壁硬度下的掘进机截割头振动信号经过EWT处理变为若干个分量信号；利用相关性阈值去噪对振动信号各个分量进行去噪处理；计算不同岩壁硬度下各分量与原始信号的相关性，根据选定阈值提取包含振动信息较多的分量，构建振动信号特征矢量，从而实现掘进机截割头振动信号的特征量提取。通过仿真试验表明，EWT能够有效提取不同岩壁硬度下掘进机截割头振动信号的特征量，且其性能优于奇异值分解特征量提取方法。

风机的响应通常是根据建设场地的风场参数，通过数值仿真软件或解析公式进行估计。相比数值仿真软件，半经验方法在保证一定计算精度的条件下，计算效率高，具有快速预估风机结构响应、指导风机塔筒选型的优势。在日本《风力发电塔架结构设计指南》基础上，基于柔性塔筒刚性叶片假设采用准定常理论推导了变桨距控制风机在停机状态时塔筒基底弯矩均值的解析表达式。然后以5 MW陆上风机为例，通过比较解析表达式与采用OpenFAST软件数值仿真的计算结果，对解析公式应用于5 MW风机的适用性进行了校核。计算结果表明，大型兆瓦级风机叶片和塔筒变形相比小型风机大大增加，导致了解析表达式具有一定的误差。针对大型风机误差产生的原因提出了解析表达式的基底弯矩均值半经验方法，以提高其计算精度。

研究了联合高斯白噪声激励下含分数阶导数项的三稳态van der Pol系统的随机P分岔问题。利用均方误差最小原则，将分数阶导数项等效为阻尼力与回复力的线性组合，从而将原系统转化为等价的整数阶系统。运用随机平均法得到了系统幅值的稳态概率密度函数(PDF)，利用奇异性理论，得到了系统发生随机P分岔的临界参数条件。在转迁集曲线围成的各区域内分别选取相应参数定性分析了系统幅值稳态概率密度曲线的类型，并通过Monte Carlo模拟的方法将所得数值结果与解析结果进行了比较，从数值仿真与解析结果的符合程度来看，该研究的推导过程及系统转迁集的计算是准确的。该方法对于设计用于调整系统响应的分数阶控制器有直接的指导作用。

针对被控系统的不确定性和非线性特征，提出了一种基于强化学习的随机振动主动控制策略。采用深度确定性策略梯度（DDPG）的强化学习算法设计振动控制器，该过程不涉及专家经验，完全由算法和数据自主交互学习完成。控制器是一个多层神经网络模型，这种由强化学习算法设计的控制器称为RL-NN控制器。通过两个数值仿真算例验证了RL-NN控制器的性能，其中考虑不确定性的单自由度系统主动控制效果达97%，考虑不确定性和非线性的车辆1/4悬架系统半主动控制效果达74%，结果表明RL-NN控制器对不确定性和非线性系统具有优异的振动控制能力。强化学习算法仅仅花费数小时设计的随机振动主动控制策略便优于专家经验数年来设计的控制策略，这为复杂系统振动主动/半主动控制器的设计提供了一种新的实现途径。

桥梁动力响应问题随着列车运营速度的不断提高也愈加明显。为了保证列车在高速运行下引起的桥梁动力响应在安全范围内，则对建立列车运营时速与桥梁位移响应幅值之间的关系显得尤为重要。因此，针对多个移动荷载激励下桥梁消振机理提出了一种行之有效的频域分析方法。该方法首先对桥梁运动方程采用傅里叶变换，得到移动荷载匀速通过桥梁时的移动荷载傅里叶幅值谱；然后基于移动荷载傅里叶幅值谱，建立了移动荷载速度与桥梁消振效应之间的关系；最后以高速铁路简支梁为例验证了理论推导及分析的正确性和速度公式的有效性。结果表明：由频域得到的移动荷载傅里叶幅值谱能有效反映桥梁自由振动，与时域内得到的桥梁自由振动幅值响应规律一致；非等间距移动荷载作用下桥梁发生消振现象时,第一类移动荷载消振速度仅与桥梁跨度、基频有关，第二类移动荷载消振速度与桥梁基频、移动荷载间距有关。 

海洋平台长期服役于恶劣的海洋环境中，结构损伤逐渐累积。海洋环境因素，例如温度、海生物附着、桩基冲刷等，会掩盖真实损伤对结构动力特性的影响，导致基于动力特性的损伤检测方法容易出现损伤误判。将协整分析技术应用于海洋平台结构的损伤判定中，通过对结构频率序列进行协整分析，消除环境因素干扰，提取能够表达结构真实动力特性的协整残差，而后依据X-bar控制图进行损伤判定。以最为普遍的多变性环境因素温度为例，同时考虑空气、海水和泥土温度变化的影响，探究协整方法对消除这些变化的有效性，并与常用的主成分分析(PCA)方法进行对比。研究结果表明，两种方法均能有效地消除温度变化的影响，实现海洋平台结构损伤的准确判定。小噪声水平下，协整分析的稳定性更好，随着噪声水平的增加，主成分分析具有更高的噪声鲁棒性。此外，协整分析在基准数据较少的情况下具有更低的误判率。