基于压电筒状叠堆和压电阻抗技术提出了一种由压电筒状叠堆和金属杆组成的新型金属腐蚀探针。建立了多层结构探针纵向振动的传递矩阵模型，导出了电学阻抗方程，求得了第一阶谐振频率和反谐振频率，并与已有文献的特例结果进行了对比，验证了理论求解的正确性。此外，采用理论分析、人造定量腐蚀试验、温度敏感试验、加速腐蚀试验和无线阻抗测试试验系统地研究了探针的性能。研究结果表明，探针的第一阶谐振频率和反谐振频率随着杆长减小而增大，随着腐蚀天数的增加而增大，随着温度的增大而减小；无线阻抗系统测量的阻抗谱与传统阻抗分析仪的测量结果一致性较好。研究成果为开发无线定量测量的新型金属腐蚀探针提供重要参考。

制备简单、价格低廉、能产生显著塑性变形的薄壁金属管芯夹芯结构在抗爆炸冲击防护领域具有广泛的应用前景。本文设计了具有面板几何非对称和芯材横向密度梯度分布的新型金属管芯夹芯板，采用数值模拟的方法对其爆炸冲击响应和能量吸收机理进行了研究。获得了金属管芯夹芯板的动态响应过程与特征，讨论了起爆高度、炸药质量、面板质量分布、芯材横向密度梯度分布对变形和能量吸收的影响。研究结果表明，金属管芯夹芯板的爆炸冲击响应过程可以分为三个阶段：芯层压缩、整体变形和弹性变形恢复。随着炸药质量的增加、起爆高度的降低，金属管芯夹芯板的后面板中心位移增加，芯层能量吸收占比下降。适当增加前后面板厚度比和采用管芯密度正梯度分布的金属管芯夹芯板能更好地分散爆炸冲击波、提升芯层变形吸能效率，获得更好的抗爆效果。

为了准确揭示大跨悬索桥的颤振稳定性能，采用了平均风荷载与气动自激力一体化的气动力模型，并基于ANSYS有限元软件实现了桥梁的时域颤振分析，评估了平均风荷载、几何非线性以及时域计算采取的时间步长对桥梁颤振及后颤振性能的影响。基于上述研究思路，针对某大跨悬索桥的节段模型与全桥模型分别进行了颤振时域分析。数值结果表明：平均风效应会对桥梁的颤振稳定性能产生显著的影响，忽略平均升力与升力矩将会高估桥梁的颤振稳定性能；平均阻力促使结构运动的振幅在起始的一段时间内有所增大，但最终逐渐衰减至零；时域计算设置的时间步长不宜偏大，较大的时间步长将使桥梁的颤振临界风速明显偏大；几何非线性效应对桥梁颤振临界风速的影响甚微，但会显著影响桥梁颤振后结构的运动状态，即考虑非线性效应后桥梁的颤振最终演变成限幅的软颤振。

场地-城市相互作用(SCI效应)会显著改变场地地震波场分布及建筑反应，本文基于SCI效应理论计算研究方法的发展现状，发挥谱元法(SEM)可快速高效求解三维地震波场传播和多自由度(MDOF)模型计算量小且可同时模拟大量建筑的优势，同时，结合频率波数域(FK)方法，以等效地震荷载的方式施加地震波场，建立了FK-SE-MDOF耦合方法，实现了SE-MDOF耦合模型中多种波型(P、SV和SH)的斜入射输入，解决了当前三维SCI效应研究方法中未能同时考虑建筑非线性、频谱特性、地震波波型及入射角度影响的问题。文章首先对方法原理进行了介绍；然后，通过与振动台试验的对比，验证了方法的正确性；进而，采用该方法建立理想场地-城市建筑群相互作用耦合模型，主要探讨了入射角度和地震波波型对SCI效应的影响，得到了一些有益结论。该方法较为真实地反映SCI效应影响的同时，可反映建筑基础轮廓对地震波场的影响，适用于需考虑建筑轮廓信息的社区尺度SCI效应研究，可为城市规划、抗震设计、风险评估以及震后救援等工作提供定量指导。

以某舰载涡桨发动机动力涡轮转子为研究对象，基于动力学相似设计原则设计了与真实转子动力特性一致的模拟转子，并验证了动力学相似设计的正确性。提出一种冲击载荷下转子振动特性试验方法，在振动台上开展高速电机抗冲击性能和转子在冲击载荷下的振动特性试验研究，验证了高速电机具备不低于10g的垂向抗冲击性能，提取了转子在冲击载荷下的瞬态振动响应，获取了冲击时振动响应主要频率成分。研究表明模拟转子动力特性与真实转子具有良好一致性，冲击时振动响应基频不变，但存在较复杂的其他频率成分。研究为某舰载涡桨发动机的研制提供了技术支持，为转子在冲击载荷下的动力学试验提供了方法。

在双幅式桥梁的建设中，公路与铁路同层并排布置的大跨双幅非对称主梁属于较特殊的设计。由于公路桥与铁路桥的动力特性不一致、主梁尾流特性差异较大以及非对称双梁间存在特殊且显著的气动干扰，使得非对称双幅主梁的涡激振动特性更为复杂。为系统探究干扰效应对主梁涡振性能的影响，本研究以一座大跨度公铁两用双幅桥为研究背景，开展了双幅主梁涡激振动风洞试验与流固耦合数值模拟，其中公路梁为Π型叠合梁，铁路梁为流线型箱梁。研究结果表明：（1）公路梁位于迎风侧时出现了较大幅值的竖弯和扭转振动，且风速区间与结构振动频率具有典型涡振“锁定”特征，而位于背风侧时振动现象基本消失。（2）铁路梁位于迎风侧时未见明显振动现象，而位于背风侧时，试验观察到了大幅振动，且振幅具有迅速上升又迅速下落的特点，无明显“锁定”区间。（3）数值流场表明，公路位于不同位置处（迎背风侧）时，主梁附近涡结构的尺度与分布均有明显不同。位于迎风侧时下桥面腔内大尺度漩涡的存在以及涡结构的周期性变化是位于迎风侧时产生涡振的主要原因；位于背风侧时，受干扰效应影响，下桥面腔内漩涡尺度减小，升力振荡频率改变，涡振锁定现象消失。（4）铁路附近流场及压力分布表明，铁路位于迎风侧时，主梁附近流场稳定，自激升力近似为直流力；位于背风侧时受公路尾流的干扰，铁路表面存在较大面积的负压区，公路尾流的脉动导致了铁路气动升力的振荡，因而产生了大幅振动。本文系统研究了双幅非对称平行主梁间气动干扰效应对涡振性能的影响，揭示了涡振及气动干扰机理，为类似桥梁的工程设计提供了参考依据。

针对高压气体爆破致裂机理和振动效应传播机制研究不足的现状，首先系统分析了冲击波、多介质流场与炮孔孔壁界面之间的相互作用全过程，突破了爆破荷载在孔壁界面处的过理想连续条件，推导了满足界面压力不连续条件的孔壁压力计算模型。然后，提出了一种高压气体爆破作用下层状岩体的地表振动效应预测方法，并通过比较所提预测方法与数值模拟方法对同一算例的地表振动效应计算结果，验证了所提地表振动效应预测方法的可行性。研究结果表明，在掏槽爆破效果相同的前提下，高压气体爆破比炸药爆破更能有效控制层状岩体的爆破振动效应安全。可为高压气体爆破的方案优化和振动效应预测及控制提供重要的理论指导，尤其适用于地表振动需要严格控制的城市地下工程。

在导弹系统中，发动机及火工品产生的振动和冲击会严重影响战斗部的打击精度和可靠性。采取有效的减振隔冲措施至关重要。声学黑洞（ABH: Acoustic Black Hole）作为一种新型的波操纵技术，利用结构阻抗的变化，使结构中传播的波相速度和群速度发生变化，在结构局部区域实现波的聚集，借助少量阻尼即可高效地将能量耗损。该方法具有高效、轻质、宽频等优点，为结构动力学控制提供了新的思路，具有较强的潜能和应用前景。本文针对导弹系统的振动冲击问题，提出了基于ABH效应的级间减振隔冲环（简称：ABH环）设计方案，以提高装备的打击精度及任务可靠性。运用有限元仿真方法研究了ABH环的动态特性，分析表明其具有良好的能量转移与耗散能力。建立了ABH环结构-战斗部模拟模型，通过模拟飞行过程的随机振动以及级间分离等冲击作用，对系统响应特性进行了分析并评估抑制效果。结果表明，所提ABH环应对复杂动载荷工况时具有较好的减振隔冲效果：降低幅值增加衰减速率。该研究既为导弹减振隔冲提供了思路，又有效扩宽了声学黑洞新技术的应用范围。

功能梯度碳纳米管增强复合材料(functionally graded carbon nanotube-reinforced composite, FG-CNTRC)作为新一代先进复合材料，因其优越的力学性能而被研究者们广泛关注。本文以Pasternak地基上FG-CNTRC梁为研究对象，基于不同高阶剪切变形理论，将一种具有插值特性的无网格法—稳定移动克里金插值(stabilized moving kriging interpolation, SMKI)应用于求解Pasternak地基上FG-CNTRC梁的自由振动及屈曲问题。基于稳定移动克里金插值和不同高阶剪切变形理论给出FG-CNTRC梁的位移场，利用Hamilton原理和最小势能原理分别推导了Pasternak地基上FG-CNTRC梁的自由振动和屈曲控制方程。采用MATLAB编制了相关程序，将本文解与解析解或文献解对比，证明了本文方法在计算Pasternak地基上FG-CNTRC梁自由振动与屈曲的有效性及准确性。文末还讨论了不同高阶剪切变形理论、地基系数、碳纳米管体积分数等对其自振频率和屈曲临界荷载的影响。

我国东南沿海地区经常发生台风致输电线路倒塌事故，大部分研究将倒塌原因归结于强风作用，而台风登陆常伴随持续的降雨过程，应同时考虑风和降雨的影响。本研究考虑台风结构不同区域的气象学特点，基于山竹、海高斯、查帕卡三组台风实测数据，根据数据采集时刻气象站所处台风区域（台风眼、螺旋雨带、外围大风区）将所有数据划分成三组。通过相关性分析揭示了风速和降雨强度的耦联关系，进而建立了不同台风区域的精细化风速-降雨强度联合概率分布模型。最后通过某输电线路开展了算例分析，计算了其在不同台风区域内的失效概率。结果表明，提出的精细化风雨联合概率模型能准确地描述风雨联合作用，对工程结构设计和性能评估具有重要参考价值。

高柔塔风电机组具有轻质、高耸、低阻尼等特点，使得其在不同激励作用下的振动响应更为激烈，研究其在运行状态下的振动规律和动态特性对机组的安全评估具有重要意义。以某140米级高柔塔风电机组塔筒为研究对象，测量其在不同高度处的振动响应信号，利用频谱分析方法分析其频域特性和振动形式；通过小波包分解和能量熵计算原理对实测信号进行分解和计算，得到塔筒结振动信号的能量分布特性和能量熵，并分析了两者之间的关系；最后对不同工况下各个测点振动信号的均方根 (root mean square, RMS) 值和能量熵进行统计，发现：随着发电功率的提升，塔筒振动信号RMS值具有增大的趋势，振动能量具有先分散后集中的分布规律，能量熵具有先增大后变小的变化趋势，试验表明，发生这一变化的本质原因是随着叶轮转速的提升，塔筒结构的振动形式由自振-强迫振动-共振的变化导致了塔筒振动能量的强度和分布发生了改变。

基于强脊机制、损伤控制和可更换等理念，提出新型震后功能可快速恢复强脊框架结构体系。为考察功能可恢复强脊框架结构抗震性能及震后可恢复性能，运用Sap2000软件对5个结构模型进行推覆分析，重点研究强脊框架结构的损伤机制、损伤演化、变形特征、抗震性能和震后可恢复性能等。提出不同水平地震作用下结构残余变形两阶段计算分析方法，以此评估结构震后的可恢复性能。计算结果表明，强脊系统可有效控制结构侧向变形，结构的层间位移角和损伤分布均匀，有效避免薄弱层破坏机制的形成，提升结构的抗震性能和抗倒塌性能。强脊系统能有效调动整体结构部件的能力储备，使结构具有更好的整体性。设置强脊系统的框架结构刚度、承载力、耗能能力等均得到明显提升，推覆曲线未出现承载力软化行为。经合理分级损伤设计，在强脊框架中设置可更换耗能件在地震中起到第一道防线作用，有效减小主体结构损伤和残余变形，显著提升结构的震后可恢复性能。

轨道不平顺是诱发车-桥系统耦合振动的主要激励源之一，探明系统耦合振动不平顺敏感波长，对线路管理具有重要参考价值。首先，建立了高速磁浮列车-轨道梁耦合系统空间模型，其中磁浮列车被模拟为具有537个自由度的多体动力学模型，轨道梁被模拟为空间有限元模型，两者之间通过基于PD控制理论的磁轨关系耦合。其次，以上海高速磁浮为研究背景，选用5车编组列车驶过20跨简支梁桥为计算条件，通过与实测结果对比验证了模型的正确性。最后，考虑轨道谐波不平顺激励，探讨了不同方向的轨道不平顺组合、不同轨道不平顺幅值和不同车速对列车和桥梁动力响应敏感波长及列车运行平稳性的影响。结果表明：磁浮车-桥系统横向振动和竖向振动耦合性很弱；在设计车速430 km/h下，车体竖向、侧滚和点头加速度敏感波长分别为140~180 m、60~100 m和120~160 m，车体横向和摇头加速度敏感波长大于200 m；波长为80 m、105 m、115 m、140 m和160 m时会分别引发车体侧滚、摇头、横向、点头和竖向方向的共振；车体和主梁的响应幅值与轨道不平顺幅值基本呈线性关系；当轨道不平顺幅值为1mm时,在计算车速200、250、300、350、390和430km/h工况下车体侧滚加速度峰值随车速变化不大，其他四个自由度方向的加速度峰值随着车速的增大而减小，主梁竖向加速度幅值随车速的增大成呈线性增大；从车体的横向和竖向Sperling指标可以看出，车体的Sperling指标均小于2.5，磁浮车辆的运行平稳性良好。

钢桥塔是一种高耸细柔结构，对风荷载十分敏感，易发生涡激振动（vortex-induced vibrations, VIVs）。为研究某高度为217 m钢桥塔的涡激振动性能，开展了1:100缩尺比下的自立状态气弹模型风洞试验。试验结果表明，0°-30°风向角下，在低风速区间发生了两塔柱同相涡振，在高风速区间发生了反相涡振。其中，同相和反相涡振的最不利风向角分别为0°和10°，塔柱同相顺风向位移和反相扭转角分别为609.5 mm和4.3°。进一步地，通过计算流体力学（computational fluid dynamics, CFD）方法研究了两类涡振的发生机理。数值模拟结果表明，两塔柱附近旋涡交替脱落的频率与桥塔的基阶自振频率接近，由此在塔柱两侧产生的周期性压力差使得桥塔发生同相和反相涡振。本文的研究结果和结论可为同类型钢桥塔的抗风设计提供一定参考。

开展了6个横截面宽度为800 mm的方钢管混凝土短柱在恒定轴力和水平往复荷载作用下的加载试验，分析了钢管约束作用（宽厚比B/t=50、80和100）对足尺短柱破坏形态、滞回性能、延性性能、刚度退化和耗能能力等抗震性能的影响规律。得到如下结论：1）本试验中，所有足尺方钢管混凝土短柱均发生压弯破坏，即在柱底部出现钢管环状鼓曲、核心混凝土压碎行为；2）方钢管混凝土柱的延性能力随着宽厚比的减少（约束作用提升）并无明显改变，且足尺柱的延性能力明显低于已有试验中的小尺寸柱；3）宽厚比对足尺方钢管混凝土柱的刚度退化和等效粘滞阻尼系数影响不大；但柱的总耗能随宽厚比的减小而增大；4）随着宽厚比的减小，钢管约束效应提升，柱压弯承载力有所提高，但提高的幅度明显小于相关规范值。另外，与现有中、美、欧等设计规范计算结果对比发现，中国规范和欧洲规范的计算结果偏大，美国规范计算结果则较为保守。

为提升大跨度铁路悬索桥的横向刚度，提出一种由主、副斜拉索组成的复合空间索结构。然后，基于材料有效利用率和静力分析，对复合空间索的直径、主斜拉索在加劲梁和地表的锚点位置、副斜拉索的数量等参数进行了优化。最后，采用风-车-桥耦合振动分析法，基于行车性能得到了桥梁横向挠跨比限值，分析了主、副斜拉索对横向挠跨比限值提升率的影响。结果表明：基于材料有效利用率，主斜拉索与加劲梁的锚点位置宜设在1/4主跨附近，且主斜拉索的地表锚点、加劲梁锚点与桥塔的垂直距离相等时最优，每组复合空间索中副斜拉索设置1根即可；在复合空间索的最优布置形式下，桥梁横向挠跨比可降低14.18%，横向挠跨比限值可提升16.79%。

构建了跳线-导线-绝缘子串精细化有限元耦合模型，进行脉动风荷载作用下的动力响应分析，着重探究了跳线风偏与导线风偏动力特性的差异性。阐明了导、跳线在模态、气动阻尼比等动力特性上存在明显不同的特征，采用频域法结合多工况分析，研究了平均风速、湍流度、跳线悬垂串质量及振型组合阶数对导、跳线脉动背景响应及共振响应的影响。研究结果表明：跳线基频约为导线的1.5倍~2.0倍，并且气动阻尼效应对跳线风偏的影响远小于导线。导线脉动风偏位移响应以背景响应为主，而共振响应并不显著，但跳线脉动风偏位移响应的共振分量不可忽略，产生的共振增量可使跳线脉动风偏位移增大30%以上。跳线共振响应特性由跳线自身动力特性决定，受来流平均风速、湍流度影响较小，1阶振型对跳线共振响应起到决定作用。本文基于准静态法及惯性力法推导了峰值脉动风力共振部分，引入共振因子，修正了规范中跳线风振系数表达式。修正的跳线风振系数最终相较规范将增大约9%~12%。

为了探究材料性能参数对液弹阻尼器动态特性的影响规律，采用电液伺服动态试验机研究了液弹阻尼器的载荷—位移曲线、弹性刚度、阻尼刚度和损耗因子随橡胶硬度和阻尼液粘度的变化。试验结果表明：液弹阻尼器91.5%以上的弹性刚度由橡胶部分提供，并且弹性刚度随橡胶硬度的增大而增大。液弹阻尼器84.8%以上的阻尼刚度由阻尼液提供，并且阻尼刚度和损耗因子随阻尼液粘度的增大而增大，随剪切振幅的增大而减小，阻尼液粘度越大阻尼刚度和损耗因子下降幅度越大。当阻尼液粘度由2000mm2/s增大到10000mm2/s时，液弹阻尼器的阻尼刚度由2420N/mm增大到5163N/mm；当剪切振幅由0.2mm增大到1.5mm时，阻尼刚度分别减小18.5%和40.1%。以上结论可为液弹阻尼器的选材提供依据。

准确解释齿侧间隙诱发的轮齿脱啮或齿背啮合可为齿轮结构优化设计提供理论指导。基于Johnson接触力模型，构建计及时变齿侧间隙和啮合过程中能量耗散的渐开线内啮合直齿轮传动系统动态啮合力计算模型；根据内啮合直齿轮啮合原理和轮齿受力情况，对其啮合过程进行动作分解，建立时变齿侧间隙下具有5种啮合状态的渐开线内啮合直齿轮系统非线性动力学模型；构造5种不同的Poincaré映射，明晰5状态啮合行为特征；通过相图与动态啮合力时间历程图揭示系统多状态啮合行为的产生机理。结果表明，随着啮合频率逐渐增大，系统出现单双齿齿面啮合，动态啮合力在方向上的突变导致轮齿脱离与单双齿齿背啮合，引起轮齿间的冲击振动行为，啮合频率较大时，系统即使表现出稳定的啮合状态，但仍然发生单双齿脱啮。以往的内啮合齿轮系统动力学模型无法揭示其多状态啮合特性，本文针对多状态啮合行为对内啮合齿轮传动周期内非线性振动特性进行分析。

为揭示粒子冲击下围压对岩石裂隙形成及扩展机制的影响，开展了粒子冲击破岩实验和微纳米工业CT扫描实验，明确了围压对粒子冲击作用下岩石裂隙扩展特征的影响；并对不同围压条件下的粒子冲击进行数值模拟，分析了岩石的应力场和裂隙场演化过程，揭示了围压影响裂隙扩展的内在机制。结果表明：粒子冲击岩石后，在岩石内部形成破碎区和晶间主裂纹扩展区。压应力导致形成的剪切应力和拉应力是破碎区形成的主要原因，而晶间主裂纹扩展区形成的主要原因是切向衍生拉应力。围压使岩石颗粒间产生预应力，导致切向衍生拉应力需克服颗粒之间的初始压应力才能形成张拉裂隙；围压的增大导致岩石颗粒间剪切裂隙比例和摩擦效应提升，产生相同裂隙数目消耗能量增大，抑制了晶间主裂隙扩展区和破碎区的形成，破碎效果降低。

考虑含预紧弹簧机械碰撞系统，构建由光滑流映射和不连续映射复合的Poincaré映射，给出Floquet乘子计算的数值方法。数值仿真系统在两参数平面的周期吸引子模式及其参数域，应用延拓打靶法和胞映射法研究周期1吸引子的分岔特征以及不连续擦边分岔、擦边和周期倍化诱导的分岔、亚临界周期倍化分岔和激变等不连续分岔行为，揭示迟滞域和亚谐包含域的形成机理。不连续擦边分岔在相邻1–m与1–(m+1)吸引子的转迁过程中产生迟滞域和亚谐包含域。然而，当预压量等于0时，擦边诱导的鞍结和周期倍化分岔分别产生迟滞域和亚谐包含域。研究结果能够为工程实际含预紧弹簧机械碰撞系统的参数设计与优化提供参考。

同一量级的冲击载荷所产生的动响应要远大于静态响应，因此准确识别冲击载荷对于航空器结构件的动强度设计、校核与结构健康监测都具有重要意义。本文提出的方法主要针对一般线性结构的冲击载荷识别问题，从实测冲击响应应变信号出发，主要解决了冲击载荷与响应信号样本长度不一致这一突出矛盾。首先基于冲击响应信号分解方法来进行振动信号特征提取，然后基于长短期记忆神经网络（LSTM）对载荷和响应信号样本特征进行映射，从而实现冲击载荷识别。通过对挂架模型实测冲击载荷信号进行识别，结果表明四种工况下，该方法识别的冲击载荷的均方根相对误差小于0.6，相关系数大于0.94。结果初步表明，在理想的试验环境中，该方法具备一定的识别精度。

针对不确定性简谐激励下连续体结构设计问题，提出了一种有效的考虑载荷振幅和频率不确定性的谐响应可靠性拓扑优化方法。建立了概率可靠性约束下结构体积比最小化的可靠性设计优化模型，其中极限状态函数定义为所关注自由度振幅平方和。利用伴随变量法推导了极限状态函数关于设计变量和随机变量的解析灵敏度列式，采用功能度量法(Performance Measure Approach, PMA)实现结构可靠性分析，并基于移动渐进线方法(method of moving asymptotes, MMA)实现设计变量的更新。最后，通过三个数值算例及蒙特卡罗仿真，验证了所提方法对不确定性简谐激励下连续体结构设计问题的有效性和稳定性，并讨论了简谐激励的振幅大小和频率不确定性、可靠度指标及变异系数对优化结果的影响。

基于声学黑洞（acoustic black hole，ABH）弧形梁体积小且模态频率丰富的特点，将声学黑洞弧形梁作为附加结构周期分布在直梁上，达到促进局域共振效应和拓宽低频带隙的作用，由此构建一种新的局域共振型声学超材料。针对局域共振型超材料，采用高斯展开法，建立其半解析理论分析模型，基于零空间法处理其内部连接以及周期边界条件，并通过有限元法验证半解析理论分析模型的准确性。分析和计算其能带结构，研究结构参数以及ABH效应对布拉格带隙以及局域共振带隙的影响机理。研究结果表明，该半解析理论模型能够对结构的带隙进行有效计算，附加弧形ABH的陷波机制能够促进结构的局域共振效应并对主梁进行有效减振，为声学黑洞声学超材料的应用提供了新的思路。

结构参数是影响空气弹簧力学性能的关键因素，复杂活塞轮廓的膜式空气弹簧具有结构参数复杂、力学性能非线性强及承载力随工作高度不断变化的特点。建立基于关键设计参量的复杂轮廓膜式空气弹簧非线性结构参数统一模型是设计阶段分析、优化空气弹簧力学特性的重要途径。文中针对具有直线与圆弧复合的复杂活塞轮廓的膜式空气弹簧结构参数建模问题、橡胶气囊外径随弹簧高度动态变化的问题、和复杂活塞轮廓所带来的力学性能非线性问题等，以直线段轮廓内锥角、圆弧段轮廓半径为关键设计参量，建立了复杂活塞轮廓的膜式空气弹簧非线性结构参数统一模型，揭示了关键设计参量对结构参数、刚度的影响规律。结果表明，运用文中所建立的统一模型所预测的膜式空气弹簧结构参数与试验结果最大相对误差为10.98%，不同压强下静刚度相对误差均小于7%，承载力最大相对误差均小于9%，证明了结构参数统一模型的有效性。研究结果为活塞轮廓精细化设计及膜式空气弹簧的刚度、承载特性预测与优化提供了理论指导。

隧道爆破开挖引起的围岩损伤对隧道的安全施工和支护成本有重要影响，为研究隧道周边孔毫秒延时爆破对围岩损伤的影响，以重庆北大道隧道为研究背景，通过Hypermesh建立隧道34个周边孔三维数值计算模型，利用Ls-Dyna计算得到不同爆破参数的围岩损伤，分析研究爆破损伤与孔间延时、药量和围岩岩性的关系规律。结果表明，孔间延时的取值对损伤范围有较大影响，孔间延时在一定范围内，损伤范围随着延时的增大而减小，当孔间延时继续增大时损伤范围趋于稳定值。损伤范围随着药量的增大而增大，当孔间延时增大时，不同药量的损伤范围差值逐渐减小。花岗岩的周边孔爆破损伤范围小于砂岩，不同延时下花岗岩周边孔爆破损伤范围变化较小，而砂岩的损伤范围变化较大。根据数值计算结果确定了现场周边孔爆破参数，隧道轮廓成型平整，较好的控制了爆破围岩损伤。

旋转机械的剩余使用寿命预测(Remaining Useful Life, RUL)对工业设备预测和健康管理的具有重要意义。本文针对多传感器冗余数据导致旋转机械退化信息提取困难、剩余使用寿命预测效果差的问题，提出了一种基于核主成分分析-长短期记忆网络(Kernel Principal Component Analysis-Long Short Term Memory ,KPCA-LSTM)的方法对旋转机械剩余使用寿命预测。首先，分析旋转机械的多维退化数据，选择可以表征旋转机械退化的数据；其次，对退化数据进行核主成分分析 (kernel principal components analysis, KPCA)融合及特征提取，将降维融合的特征作为预测模型的输入；然后构建旋转机械的健康指标，并通过多阶微分划分旋转机械的不同健康状态，建立KPCA-LSTM模型对旋转机械的剩余使用寿命进行预测；最后，通过实验室搭建的矿用减速器平台上进行了实验验证。实验结果表明：本文所提方法与LSTM、粒子群优化LSTM的方法比较，该方法预测效果优于其他两种模型，并降低模型训练的复杂性，减少预测用时。

针对声学边界元法中解的非唯一性和奇异积分问题，基于（combined helmholtz integral equation formulation，CHIEF）法思想，将常规边界元方程和等效源方程进行联立，并利用两者方程系数矩阵间的耦合等价关系，间接替换计算常规边界元法中的奇异系数矩阵，进而提出一种具有全频域唯一解、高计算精度和高稳定性的耦合CHIEF法。该方法将等效源方程作为补充方程，不仅解决了传统CHIEF法内点补充方程失效的问题，而且矩阵的间接替换计算避免了直接计算奇异积分，显著提高了计算效率和精度。通过声辐射和声散射的典型算例对比了所提方法、常规边界元法、常规Burton-Miller法和等效源法的计算效果。结果表明，所提方法不仅在全波数域内均能获得唯一解，且其计算精度和效率均优于常规边界元法和常规Burton-Miller方法，其系数矩阵条件数远低于等效源法。

考虑单级直齿轮副，构建Poincaré映射，应用初值胞映射法、延拓打靶法以及数值仿真求解并追踪系统的共存吸引子及其演化，计算Jacobi矩阵的特征值，根据Floquet理论确定周期吸引子的稳定性与分岔类型，应用胞映射法计算吸引域，研究共存吸引子的分岔特征，揭示系统在极小参数区间存在的容易隐藏的吸引子信息以及鞍结型擦边分岔和混沌激变等不连续分岔行为。在一定参数条件下，单级直齿轮副存在大量的多吸引子共存现象以及周期倍化和鞍结分岔。由于非光滑因素的影响，擦边诱导的鞍结分岔引起系统终态的跳跃和迟滞。研究结果可为直齿轮副动力学行为的评价以及系统参数设计与优化提供指导。

2022年1月8日青海门源发生MS 6.9级地震，在震源相同、路径类似的条件下，间距5.5 km的地震烈度仪站点观测到的地震动加速度存在较大差异，针对此现象，应用主余震强震动记录，分别使用谱比法（horizontal-to-vertical spectra ratio, HVSR）和标准谱比法（standard spectra ratio, SSR）分析了场地效应与地形效应对地震动的影响，并提出了通过移动带通滤波器的高频截止频率来确定地面峰值加速度（peak ground acceleration, PGA）的主要贡献频段的方法。考虑场地效应和地形放大效应等因素，在不同频带内初步分析了PGA偏差较大的原因。

模糊熵是衡量时间序列复杂性的非线性动力学分析方法，也是提取齿轮箱非线性故障特征的有效工具。然而模糊熵只对单个时间序列进行复杂性测量，忽略了两个不同时间序列之间模式的相似性。为充分利用振动信号间的丰富信息，将能够有效衡量两个时间序列同步性、相似性和互预测性的交叉熵理论引入到行星齿轮箱故障诊断中。针对单一尺度的熵值不能完整反映序列间模式复杂性问题，通过复合粗粒化的方式对时间序列进行多尺度分析，提出了衡量两通道时间序列相似性与互预测性的复合多尺度交叉模糊熵方法。在此基础上，提出了一种基于复合多尺度交叉模糊熵和萤火虫优化支持向量机的行星齿轮箱故障诊断方法。最后，将所提的故障诊断方法应用于行星齿轮箱试验数据分析，并与现有方法进行了对比，结果表明所提方法能够有效提取故障特征，并且在故障类型诊断方面有更高的识别率。

在多轴特种车辆重载化和机动化的发展过程中，动力传动性能是其快速机动作战能力的保证，也是战时生存能力的一种体现。传动系统的内部阻力损失会使动力传输效率下降从而直接影响动力性能，其中机械摩擦阻力损失是传动系统主要损失。文章围绕传动系统机械摩擦阻力损失特性与传动效率研究方法，首先分析了多轴特种车辆传动系统的结构特殊性，表明了传动效率对传动系统性能的重要性；其次通过分析齿轮啮合功率损失、轴承摩擦功率损失、油封功率损失和传动轴功率损失四种主要类型机械摩擦阻力损失的形成机理、主要影响因素，表明了传动效率与部件结构参数、运行条件之间的关系，为传动系统性能表征提供了分析依据；然后从理论数值研究、仿真研究和试验论证研究三个方面综述传动系统效率的研究核心与难点，为实现对车辆传动部件的优化设计与状态监测、传动系统的优化匹配与性能评估提供指导思路；最后阐述了对当前传动效率特性研究深度的展望，认为多因素的耦合分析、不确定性分析，功率损失的动态特性分析，以及基于车辆行驶工况的综合传动效率分析更具有工程应用价值。

以某铁路高墩大跨简支梁桥的矩形空心截面桥墩为研究对象，构建了4种墩高 的计算模型。考虑了纵筋分段配筋加强筋截断位置及加强筋设置数量等因素，采用Opensees软件建立单墩计算模型进行了增量动力分析 ，总结了铁路高墩弹塑性地震反应特征，对抗震设计提出了建议。 结果表明：纵筋配筋率在0.63～0.89%之间时，墩高<42m且纵筋通长布置，空心墩底截面为薄弱部位。当墩高>67m且纵筋分段配筋时，则空心墩底截面、纵筋截断处截面以及墩中某一截面均可能为薄弱部位，但空心墩底截面均为首先出现塑性铰的区域。墩中塑性铰需要较大地震动激励才可能产生，纵筋配筋方式的选择应考虑地震 动峰值加速度的影响。增加墩底加强纵筋数量总体上对降低墩底截面的塑性程度是有利的，但强震作用下未必能提高桥墩整体的抗震性能。对于高墩，当墩身出现两个或多个塑性铰区时，建议采用曲率延性系数作为评价指标。

为研究小净距隧道先行洞爆破开挖对后行洞围岩稳定性的影响，以浙江义东高速防军隧道项目为工程背景，根据能量衰减规律推导出爆破施工中围岩振速计算公式，采用有限元软件MIDAS GTS NX模拟不同净距条件下围岩振速及应力的变化规律，将围岩振速数值结果与理论值进行对比分析，验证了振速计算公式的准确性。根据振速与应力之间关系，提出保证隧道安全施工的振速阈值。结果表明：（1）后行洞围岩振速大小理论值与模拟值最大相对误差为5.9 %，与现场监测数据最大相对误差为7 %，验证了理论公式的准确性。（2）后行洞隧道振速峰值与先行洞隧道爆破中心距呈负相关，围岩迎爆侧面监测点振速峰值大于背爆侧，2D为防军隧道爆破施工时最小安全净距（D为隧道净距），此时上台阶开挖最大振速峰值约为下台阶的1.2倍。（3）爆破开挖后围岩应力峰值与振速峰值主要集中在拱腰及拱脚附近，随着净距增大，先行洞对后行洞的影响逐渐减弱，最终忽略不计。（4）爆破作用下，围岩应力峰值和振速峰值具有一定线性关系，保证隧道爆破安全施工的振速控制阈值为1.9 cm∙s-1，研究成果可为今后类似小净距隧道工程爆破施工提供借鉴。

针对轴承运行工况不同、有效数据少、数据无标签、预测准确度低等问题，提出一种基于改进时间卷积网络的迁移学习轴承寿命预测模型，将模型在源域上学习的寿命预测知识迁移到目标域，可用小样本无标签数据训练出迁移模型。首先，采用有效通道注意力模块对源域数据特征重新标定；其次，使用时间卷积网络（temporal convolutional network， TCN）学习特征信息，并训练出最优源域模型；最后，利用源域数据、源域模型和目标域数据训练出迁移模型，迁移模型可以对不同设备不同工况信号进行剩余寿命预测。在IEEE PHM Challenge 2012轴承全寿命数据集和XJTU-SY 滚动轴承加速寿命数据集上开展对比实验，结果表明,该方法可以更好地挖掘轴承内在退化趋势，有效提高剩余使用寿命预测精度，对比现有流行预测方法预测误差降低40.1%~77.8%，证明了该方法在不同设备不同工况条件下剩余寿命预测的有效性和可行性。

本文结合试验数据提出了重载机车102型车钩缓冲装置受压动态响应的模拟方法，并研究了该机车及钩缓装置在双机重联牵引万吨列车编组下的动力学性能。首先基于102型钩缓装置结构特性与受压稳钩机理，采用加权离散方法将缓冲器简化为具有相同迟滞特性的多个阻抗力元，并引入剪切刚度来考虑其相互之间的剪切效应，提出了能够准确模拟钩肩止挡和缓冲器偏压特性的102型钩缓装置动力学建模方法；进而借助子结构方法搭建了“主控机车+重联机车+货车车辆+虚拟货列”的双机重联牵引万吨列车动力学模型，其中四节机车、货车车辆之间采用钩缓装置子结构连接；然后通过试验数据对比修正了钩缓装置模型中离散阻抗力元间的剪切刚度，并验证了所建列车动力学模型的正确性；最后计算分析了线路条件、结构参数、机车电制力等对系统动力学响应和运行安全性的影响规律。结果表明：重载机车在小半径曲线上施加大电制力容易引起异常增大的轮轴横向力，危及行车安全；随着车钩最大自由转角的增大，车钩偏转角和机车运行安全性指标均呈逐渐增大趋势；机车二系悬挂横向刚度增大有助于提高机车自身的受压稳定性和减小车钩偏转角，但过大横向刚度又会增大轮轨横向动态作用。

空间机械臂在执行操作任务时会面临碰撞问题，例如主动捕获或被动碰撞均会引起机械臂瞬时动量急剧变化，机械臂杆弹性振动加剧，轨迹跟踪精度降低，甚至会导致空间机械臂系统失稳。空间机械臂是一种非线性、强耦合的复杂系统，尤其是对于碰撞过程，很难实现系统精确建模。为实现对空间机械臂碰撞过程的振动抑制，提出了模糊策略与无模型自适应控制相结合的模糊-无模型自适应控制（Fuzzy-MAFC）方法。基于臂杆振动位移响应和关节角速度误差设计模糊策略，对无模型自适应控制中步长因子与权重因子进行在线自整定，解决传统无模型自适应控制对于参数初值敏感的局限性，实现了对空间机械臂碰撞过程中的振动自适应控制。仿真试验结果表明Fuzzy-MAFC方法相较于传统无模型自适应控制算法振动响应衰减速度提高34%，振动幅值降低了42%，验证了方法的有效性。

在深水钻井过程中，隔水管与防喷器组系统是整个作业环节的重要一环。由于在作业过程中面临着诸多风险，因此，建立精确的隔水管-防喷器组耦合系统力学分析模型，准确分析其力学行为和性能，对指导钻井作业安全进行具有重要意义。目前大多只关注于对隔水管的独立建模而忽视防喷器组的潜在影响，这将导致所建立的模型与实际情况存在差异，使得隔水管系统的力学特性无法得到精确分析。本文提出了隔水管与防喷器组刚柔耦合概念，推导耦合系统动能、势能，采用拉格朗日方法建立理论模型，用Newmark-β直接积分法对动力学模型进行数值计算。采用ADAMS软件建立了仿真建模，开展不同工况条件下的动态响应对比分析。结果表明，理论模型得到的隔水管横向位移包络线和弯矩包络线、隔水管中部节点横向位移时程曲线和底部弯矩时程曲线与ADAMS仿真结果吻合良好，从而表明了本文理论模型的重要性，可为我国隔水管的设计和分析提供参考和支持。

为了研究半封闭式车站内风压极值的分布规律，对高速列车通过高铁站时引起的列车风压进行数值模拟，并通过现场实测数据验证数值模型的准确性。基于验证的数值模型，研究列车分别以250km/h、300km/h和350km/h通过高铁站时，两个典型区域（临近站台区Ⅰ、远离站台区Ⅱ）的风压（头波尾波的正压和负压）极值分布规律，并提出相应的风压极值经验公式。研究结果表明：风压极值与列车速度之间呈非线性关系；相同的车速下，区域Ⅰ和区域Ⅱ内列车风压极值随着水平距离的增加呈指数函数形式衰减，而衰减的速度与高度成反比；当水平距离小于15m时，相同高度下区域Ⅰ的头波正压极值总是比区域Ⅱ的大，而区域Ⅰ的头波负压极值的绝对值又总比区域Ⅱ的小；当水平距离超过15m时，车站内的风压极值逐渐趋于稳定，并且区域Ⅰ内趋于稳定的风压极值要强于区域Ⅱ；所提经验公式能够较为准确的描述半封闭式高铁站内列车风压极值分布规律。研究成果可为半封闭式车站的结构设计提供参考。

工业故障数据的多维性、类不均衡性和并发性为工业故障诊断带来了三大挑战：一是从多维传感器数据中提取故障特征过度依赖于专家知识；二是不同类型故障样本之间的极端类不均衡性严重限制了分类器的性能；三是多个类型的故障可能同时发生增加了故障诊断问题的复杂性。为了应对这些挑战，提出了一种基于多重自注意力机制改进的Transformer多标签故障诊断模型。结合自适应合成采样（adaptive synthetic sampling，ADASYN）和Borderline-SMOTE1组合过采样方法，充分利用Transformer编码器-解码器结构以及注意力机制的优势，可以从多维传感器数据中自动提取特征并充分挖掘出多维传感器数据与多个故障标签之间的复杂映射关系。经PHM2015 Plant数据集验证表明，该方法在极端类不均衡的工业故障数据中仍可以较好地诊断出工厂生产过程中同时发生的多个故障。