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。

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。

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。

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。

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%。

负泊松比结构因其反常的变形机制在缓冲吸能领域具有可观的应用前景。本文设计并表征了一种参数可调的新型负泊松比结构。采用理论和数值模拟相结合的研究手段，系统地研究了结构的静/动态力学性能和吸能特性。研究结果表明：新结构具有较好的力学性能和参数可调性。在静态压缩条件下，新型蜂窝结构具有更高的刚度和更优异的吸能性能，其比吸能值是内凹型蜂窝结构的2.64倍，是星型蜂窝结构的3.89倍。在动态冲击条件下，内凹-星型结构的吸能性能在低速时优于两种传统蜂窝结构（内凹和星型），在中高速时其吸能优势有所退化，与内凹型蜂窝结构相当，但远高于星型蜂窝结构。

针对目前地震工程研究领域在滤波方法上存在人为因素、峰值突刺、噪声干扰等方面的缺陷，本文结合递归最小二乘算法（RLS）和和循环神经网络（RNN）模型，提出了一种自适应滤波的新方法。研究分析表明，该方法通过设置自适应调节滤波器参数以及算法的自我迭代等方式进行滤波，对噪声识别能力和滤波速度上均优于美国地质调查局(United States Geological Survey，USGS)所推荐的传统滤波方法，并可有效降低滤波后对原始波形的失真损坏以及相位提前等问题。同时，运用本文所提自适应滤波方法将其应用于不同场地类型台站的含速度脉冲近场地震记录，进一步验证了自适应滤波方法的有效性和适用性。研究成果为地震工程领域的滤波分析提出了一种新思路和新方法，也可为地震记录处理及相关应用工作提供参考。

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。

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。

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。

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。

轴承是旋转机械设备中的重要部件，由于工况、材质、加工方式等原因，轴承寿命时长相差许多。传统的并行或串行神经网络预测方式，对数据集有一定要求。因此，需要一种能够适用于不同数据长短的轴承剩余使用寿命预测网络。为此提出了一种能够预测不同寿命时长的Transformer-LSTM串并行神经网络预测模型。通过将Transformer解码层进行重构，并与长短期记忆时序神经网络（long short-term memory, LSTM）网络结构融合，实现轴承寿命数据的串并行预测处理。实验结果表明Transformer-LSTM神经网络能够精准预测长、中、短不同寿命时长的轴承失效时间，具有较强的模型泛化能力，提升轴承寿命预测精度与模型的泛化能力。

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。

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。

研究弹丸定心部与炮膛的接触现象对于理解弹丸膛内运动规律具有重要的意义，为此提出一个弹丸定心部-身管接触模型。假设定心部与阳线间的接触应力只沿阳线长度方向变化，将阳线表面简化成空间曲线；用阳线围成的笼形结构描述内膛的几何，提出了定心部与阳线的接触检测算法。将弹丸和身管沿着圆周方向展开，使用一个二维接触问题的解析解计算接触应力。针对接触应力的方根奇异性，采用Chebyshev-Gauss积分公式计算定心部与阳线的接触载荷。给出了确定模型参数的拟合方法和参数辨识方法。理论分析表明定心部与炮膛的接触刚度随着弹丸膛内行程变化。根据数值算例分析了弹丸质心偏移量对定心部与炮膛接触方式及前定心部磨损刻痕形成的影响。计算结果表明定心部受力的等效接触点并不位于定心部中心或棱线上。

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。

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。

在工程实践  中，旋转机械故障诊断常面临噪声干扰、故障样本稀缺以及工况变化等各种复杂情况，这给先验知识缺乏的数据驱动深度学习方法应用带来了新的挑战。传统基于小波分析的故障诊断方法可提取到故障丰富的先验知识，但固定(结构化)或单一的小波基难以直接适应复杂故障场景。针对上述问题，在传统多尺度小波包分析思想启发下，本文提出一种基于多尺度小波包启发卷积网络(multiscale wavelet packet-inspired convolutional network, MWPICNet)的端到端旋转机械故障诊断方法。MWPICNet在神经网络内部实现了时频域转换与滤波降噪、特征提取与分类过程的有机耦合。首先，通过交替使用多尺度小波包启发卷积层和软阈值激活层进行信号分解和非线性变换，逐层挖掘多尺度时频故障特征和过滤噪声冗余信息，其中每个多尺度小波包启发卷积层可近似看作在多个可学习小波基下对信号的单层小波包变换，软阈值激活层中用于稀疏化系数的阈值是可学习的；然后，设计频带加权层动态调整各频带通道的权重；最后，引入全局功率池化层提取有助于故障状态识别的判别性频带能量特征。在三种不同应用场景下分别采用对应的机械故障数据集进行案例研究，验证了所提模型在复杂故障场景下的可行性和有效性。

针对航空发动机滚动轴承在低转速状态下故障难检测的问题，提出了一种基于Transformer框架的深度支持向量描述方法用于检测低转速滚动轴承的故障。首先，构建了基于Transformer模型的振动特征提取主干网络。然后，将所提取的特征输入一个三层自编码器结构，用于计算网络模型的损失函数。为减少网络计算量，提高训练速度，在预处理中将滚动轴承的振动加速度时域信号通过快速傅里叶变换(FFT)得到的 频谱结果作为网络的输入，且仅依靠正常数据完成模型的训练。最后，在带机匣的航空发动机转子试验器和某型真实的航空发动机上分别进行了试验验证。结果表明，所提方法能够准确的实现对低转速滚动轴承故障的检测，且检测精度分别为93%和100%，充分表明本文方法具有很好的异常检测能力及应用价值。

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。

剩余使用寿命（Remaining useful life, RUL）预测是PHM的核心问题之一，复杂的运行工况往往导致设备部件经历不同的故障退化过程，给RUL准确预测带来了巨大挑战。为此，本文提出了一种多尺度时间卷积网络（Multi-scale temporal convolutional network, MsTCN）与Transformer（MsTCN-Transformer）融合模型用于变工况下滚动轴承RUL预测。该方法设计了一种新的多尺度膨胀因果卷积单元（Multi-scale dilated causal convolution unit, MsDCCU），能够自适应地挖掘滚动轴承全寿命信号中固有的时序特征信息；然后构建了基于自注意力机制的Transformer网络模型，在克服预测序列记忆力退化的基础上，准确学习时序特征与轴承RUL之间的映射关系。此外，通过对轴承不同故障退化阶段所提取的时序特征可视化分析，验证了所提方法在变工况下所提取的时序特征泛化性较好。多种工况条件下滚动轴承RUL预测实验表明，所提方法能够较为准确地实现变工况下轴承的RUL预测，相比当前多种方法RUL预测结果准确性更高。

砌体填充墙作为非结构构件在建筑结构抗爆分析中常被忽略，而实际爆炸事故中填充墙多发生严重破坏，从而影响爆炸波的传播及其与结构的相互作用，以及结构的损伤破坏等级。基于精细化数值仿真方法评估外部爆炸作用下砌体填充墙对钢筋混凝土（reinforced concrete ，RC）框架结构损伤破坏的影响。首先，采用LS-DYNA有限元分析软件分别对典型砌体填充墙和含填充墙RC框架的近区爆炸试验进行复现，验证所采用的填充墙简化微观建模方法、材料本构模型和参数，以及任意拉格朗日欧拉（ALE）爆炸荷载施加方法和爆炸波-结构流固耦合（FSI）算法的适用性。进一步结合结构混合单元建模方法，开展了美国联邦应急管理署规定的普通轿车炸弹（454kgTNT当量）在底层边柱位置爆炸下，6、7和8度抗震设防烈度的典型6层纯框架和含填充墙框架结构动力行为的数值仿真分析，考察了爆炸波传播路径，以及结构的动态响应、损伤破坏和抗倒塌机制。结果表明：本文工况中填充墙能够有效阻挡爆炸波的传播，作用于目标柱相邻内柱上的超压峰值降低95%，减轻了内部构件的损伤程度。但同时加剧了结构迎爆面的损伤破坏，如三种抗震设防烈度的含填充墙框架目标柱柱中侧向位移较纯框架分别增加21.4%、31.1%和14.8%；不同抗震设防烈度的纯框架和含填充墙框架的顶层目标柱竖向位移基本相同，即抗震设防烈度及砌体填充墙对框架结构整体倒塌行为的影响可以忽略。

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%。

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。

针对滚动轴承故障诊断模型在变工况和环境噪声干扰下诊断精度降低的问题，提出一种基于双注意力机制的多尺度卷积网络(Dual attention and Multi-scale convolutional networks，DAMSCN)与改进的双向门控循环单元(Bidirectional gated recurrent unit, BiGRU)组成的故障诊断模型 DAMSCN-BiGRU。首先，多尺度特征融合模块(Multi-scale feature fusion module, MSF)使用不同大小的卷积核，获得多种感受野，从而提取到轴承原始振动信号的多尺度特征信息，并根据重要性对其进行自适应融合，然后利用通道注意力和空间注意力组成的双注意力模块(Dual attention module, DAM)对多尺度特征进行重新标定，分配注意力权重，削弱融合特征中的冗余特征；然后，增加注意力层和利用分段激活改进BiGRU进而挖掘信号的时域特征，以提高轴承故障诊断的性能；最后，通过Softmax层完成对不同故障的分类。实验结果表明，与其他智能诊断模型相比，DAMSCN-BiGRU在变工况环境下，平均诊断精度达到98.2%，在强噪声背景下仍然有着85.3%的准确率，且在不同程度的噪声强度下效果均优于其他常用模型，有利于促进滚动轴承的智能故障诊断研究和实际应用。

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。

布达拉宫是我国著名的世界文化遗产，其所在地区活动断层发育、大地震频发。开展可靠的地震危险性评估，可为该研究区内以布达拉宫为首的藏式古建筑抗震保护提供依据。本文对比传统地震危险性分析方法的不足，采用基于多锁固段破裂理论的地震物理预测方法，提出了地震危险性评估的系统流程。并根据地震烈度和地震动参数衰减关系，考虑场地自身条件，进行了布达拉宫所在区域的地震危险性评估。研究结果表明，该研究区位于林芝地震区，未来100年内该研究区的地震危险性主要为林芝地震区的下一次M8.5主震或M7.8标志性地震；发震断层位于亚东-谷露断层中段附近的纳木错东南岸断裂，震中位置为30.3°N，90.1°E附近；布达拉宫建筑群坐落在基岩，不考虑山体场地放大作用，结构接地端地震作用与基岩相当。研究结论为开展布达拉宫建筑群结构抗震研究提供理论依据。

针对强噪声背景下综放开采过程中垮落煤矸难以识别问题，提出了一种融合低级听觉特征Mel频谱和高级听觉特征听觉神经递质发放率的煤矸识别方法。首先，根据煤矸垮落冲击液压支架尾梁声音信号频谱特点，基于听觉神经滤波器组模型构建了适用于煤矸识别任务的听觉模型；然后，利用听觉模型对煤矸垮落声音信号进行分析，获得听觉神经递质发放率；再次，将听觉神经递质发放率与通过Mel频谱提取的峰值特征进行融合，得到煤矸声音听觉感知图；最后，基于所构建的听觉感知图，利用ConvNeXt模型进行煤矸识别。实验结果表明，采用融合听觉特征的煤矸识别方法在不同信噪比下均具有较高的识别准确率；其优越性在背景噪声较大的工况下（信噪比为-5dB）尤为明显，准确率仍能达到91.52%，显著优于以低级听觉特征和频谱图作为识别特征和利用时频域特征结合机器学习的煤矸识别方法，验证了融合听觉特征的煤矸识别方法对噪声具有优越的鲁棒性。

中国空间站（以下简称空间站）大量科学仪器设备需要松不脱螺栓锁紧。针对空间站主动隔振器研制过程中松不脱螺栓锁紧诱发的频率漂移问题，探索了空间站主动隔振器锁紧状态非线性连接动力学机理建模与试验验证。对基于松不脱螺栓的隔振器锁紧释放装置进行力学分析，并根据松不脱螺栓接触面应力的非线性分布建立基于Iwan模型的系统等效动力学模型，分析动力学响应的非线性特性。研制空间站主动隔振器样机进行正弦振动试验，验证所建立动力学模型的准确性和有效性，为空间站精密科学设备环境适应性设计提供参考。

针对水轮发电机组转子-转轮系统碰摩故障问题，采用磁流变液阻尼器( Magneto-Rheological Fluid Damper, MRD )对轴系振动进行抑制，旨在探究MRD对机组轴系振动的影响规律及其对系统碰摩故障的抑制效果。首先，将机组轴向位置函数引入MRD非线性动力学模型，推导了碰摩故障下含轴向分布参数的MRD-转子-转轮系统动力学方程。其次，基于数值模拟方法，以机组转速为控制参数对比分析了是否考虑MRD的转子-转轮系统非线性动力学行为。最后，研究了不同MRD轴向布置参数对碰摩转子-转轮系统动力学行为的影响。研究结果表明：MRD的加入对转子、转轮非稳态运动具有良好约束作用，能够显著减小转子、转轮振动幅值，有效避免了机组轴系碰摩故障的发生；当阻尼器位置参数s1与s2分别取0.25与0.95时，MRD对系统的减振效果最佳。通过在机组轴系合理布置MRD，可有效改善系统振动情况，从而为水轮发电机组振动控制提供有益指导。

声学黑洞（Acoustic Black Hole，ABH）效应可以产生强烈的能量集中，能够将高频率低振幅的低品质振动能量转化为高振幅的高品质振动能量，从而便于利用。本文提出并研究了一种环形二维声学黑洞压电能量收集装置。有限元分析结果表明，环形二维ABH结构能在宽频域内显著提高能量收集效率。搭建了环形二维声学黑洞压电能量收集器实验测试平台，通过实验验证了仿真结果的正确性。与经典二维ABH结构相比，环形二维ABH结构具有更好的能量收集效率和结构强度。分析了压电片几何尺寸等因素对装置能量收集效率的影响，得到了能获得较高输出功率的几何尺寸范围，并进行了正交试验设计，研究了截断厚度、压电片尺寸、中央平台直径、幂指数等多因素的综合影响。

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。

大跨度斜拉桥在自然风场中易因自身柔度特性发生位移变形。为研究静风荷载作用下大跨斜拉桥上CRTS双块式无砟轨道无缝线路桥梁及轨道结构在空间三向的力学性能分布规律，参照某一四线预应力混凝土斜拉桥工程实例，基于有限元法建立了大跨斜拉桥上无缝线路精细化空间耦合模型，分析了横桥向静风荷载作用下桥梁体系及桥上轨道结构的力学性能。分析结果表明：桥梁及桥上轨道结构三向（应）力最大值基本分布在斜拉桥跨中及边墩附近；各结构三向（应）力中，底座板、桥梁结构纵向应力峰值最大，约为横向应力峰值的8倍左右，约为竖向应力峰值的7倍、15倍左右，轨道板结构表现为横向应力峰值最大，且与其余两向应力峰值之间差距较小；各结构三向位移中，横向、竖向位移均在跨中及附近达到最大值，纵向位移在斜拉桥边墩附近达到最大值，其中，横向位移峰值是其余两向位移峰值的20余倍；桥梁两侧构件竖向、纵向位移方向相反，即桥梁表现为静风作用下的倾覆、弯曲倾向。研究成果可为风环境中大跨斜拉桥上线路设计、维护检修以及健康监测提供理论依据。

针对轴承故障诊断任务数据量少、故障信号非平稳等特点，提出一种短时傅里叶变换、卷积神经网络和视觉转换器相结合的轴承故障诊断方法。首先，利用短时傅里叶变换将原始声信号转换为包含时序信息和频率信息的时频图像。其次，将时频图像作为卷积神经网络的输入，用于隐式提取图像的深层特征，其输出作为视觉转换器的输入。视觉转换器用于提取信号的时间序列信息。并在输出层利用Softmax函数实现故障模式的识别。实验结果表明，该方法对于轴承故障诊断准确率较高。为了更好解释和优化提出的轴承故障诊断方法，利用t-分布领域嵌入算法对分类特征进行了可视化展示。

砂土液化是一种破坏力较强的地震次生灾害，传统的砂土液化判别方法存在一定的局限性。提出两种液化判别方法，第一种是基于新西兰岩土数据库（New Zealand Geotechnical Database，NZGD）中519组静力触探试验数据，建立具有砂土液化预测功能的机器学习模型。首先建立支持向量机（Support Vector Machine，SVM）、随机森林（Random Forest，RF）、XGboost（eXtreme Gradient Boosting，XGB）三种机器学习分类模型，运用网格搜索法（GridSearchCV）进行超参数优化后，采用整体精度（OA）、精确率（P）、召回率（R）、F1值对模型进行性能评估，对历史液化数据进行模型验证并与国内外方法进行结果对比。第二种是基于历史震害数据，采用经验判断法确定的静力触探初判条件。结果表明：随机森林可作为一种具有较强的预测能力的液化判别模型，通过与国内《岩土工程勘察规范》以及国际Olsen方法进行对比，选取要素简便且计算迅速的随机森林能够达到与上述两种权威方法接近的准确性，是一种可实行的液化判别模型；此外，基于历史液化数据库归结出不同烈度下，具备液化埋深限制的锥尖阻力阈值，经数据验证在7烈度区、8烈度区、9烈度区的准确率良好，与《岩土工程勘察规范》进行对比发现有可操作性好、可解释性强、可适用性广等优点。所建立的模型对砂土液化预测具有较强的适用性，静力触探初判条件亦可作为快速液化判别的参考值，二种方法结合可对科学研究和工程建设提供较好的参考价值。

为探究差异化的构形参数对复合材料波纹梁吸能性能影响，针对多种构形波纹梁，进行动态压溃试验，对试验现象分析及试验数据处理，给出了多种构形波纹梁的载荷-时间曲线和破坏模式。采用有限元软件（ABAQUS）模拟波纹梁的瞬态冲击过程，得到吸能特性参数比吸能(SEA)和平均载荷值等，并与试验结果对比，对比结果验证了数值模型的有效性。通过试验及数值分析结果讨论了波纹构形对波纹梁峰值载荷和吸能能力的影响，对不同构形波纹梁以及增加薄弱环节设计的吸能差异作出评估，为实际工程设计提供参考依据。结果表明，利用等截面剖面杆轴向压缩载荷作用下的临界应力方程将波纹梁梁高/波幅比、波长/波幅比设定在相应关系式时波纹梁结构表现出较为稳定的压溃过程，具有一定的应用价值；波纹腹板圆角R值除了对峰值载荷及平均载荷有影响，对波纹梁破坏模式改变也有一定关系，薄弱圆角r值能比较好的改善峰值载荷大小。

基于三维有限元的时域仿真法，探讨了建立声学结构单元传递函数模型的一般方法。所建立的声学单元传递函数由结构参数高精度表达，能简化一般声学结构设计问题的流程。首先，建立了两种声学结构单元，仿真其幅频特性，并结合实验测量，验证幅频特性曲线的准确性，而后基于幅频特性曲线拟合传递函数，选择精度最高的零极点匹配方案，确定拟合传递函数的最优型式。结果表明，匹配7个极点和无零点来拟合膨胀腔单元的传递函数，匹配2个极点和2个零点来拟合亥姆霍兹共振腔单元的传递函数，拟合精度最高。然后，分析声学单元的结构参数对幅频特性的影响，并基于拟合传递函数的最优型式，通过数值仿真和拟合计算，建立由结构参数表达的声学结构单元传递函数模型。最后，构造了由膨胀腔和亥姆霍兹共振腔构成的复合声学结构，通过单元传递函数的组合计算，获得声学结构的总传递函数，并与COMSOL仿真结果比较，验证所建立声学单元传递函数模型的正确性，它能准确描述声学结构的传递损失特性。

超声导波检测过程中不同模态导波信号与各类损伤之间的相互作用存在差异性，直接影响了损伤检测及定位成像结果的可靠性。因此，系统研究导波目标模式的激励方法从而获得理想的导波信号，有助于实现多类型损伤的精准检出以及获得高分辨率定位成像结果。本文基于理论分析、有限元仿真和实验测量开展了超声导波目标模式的激励方法研究。理论分析导波目标模式激励的条件，并且构建二维多物理场仿真模型进行导波目标模式激励方法的验证。实验过程中将梳状换能器与PZT压电片进行比较分析，结果表明，梳状换能器相较于PZT压电片具有良好的模式选择能力。另外，设计制作四分之一全向和全向梳状换能器，使其进行目标模式导波信号激励的同时实现传播方向的调控。