复杂环境荷载作用下，空间网架结构的性能退化严重，导致其结构安全服役寿命期内的风险急剧增加。该研究旨在探讨不同设计参数下网架结构力学响应规律，开展基于可靠度的结构概率安全评估。利用ABAQUS软件建立了两向正交正放平板网架结构模型，研究了不同高跨比、柱距及锈蚀率下网架结构应力和位移变化规律。通过模拟发现：随着高跨比增加，最大拉应力和位移逐渐减小(减速渐缓)，最大压应力先减后微增；网架高度从35 m升至63 m，最大位移减少5366%；柱距增大导致杆件最大应力和位移增加(增速渐缓)；在35 m网架高度下，柱距从45 m增至135 m，最大位移增加2263%；锈蚀率上升导致最大应力和位移缓慢增长，锈蚀对结构应力的影响是一个渐进的累积过程，不会导致结构性能突然的急剧下降。在此基础上，采用拉丁超立方抽样法，以JGJ 7—2010《空间网格结构技术规程》容许挠度为判据，开展了多维不确定参数影响下的结构失效概率评估，结果表明：在H1L2工况下(高35 m、柱距53 m)，无锈蚀失效概率为027%，当锈蚀率为40.00%时失效概率增至2276%.

为了得到大跨度公路悬索桥挠跨比的合理限值，以国内某在建悬索桥作为研究对象。首先，通过有限元方法对不同构件的结构及重力刚度进行敏感性分析，确立了刚度调控方法；其次，将行车安全性及舒适性作为评判指标，调整刚度大小进行多工况车-桥分析，获取行车安全性及舒适性超出限值的刚度取值范围；最后，缩减刚度的折减幅度，直至行车安全性及舒适性结果达到限值，通过反推得到基于行车性能的桥梁挠跨比限值。研究结果表明：悬索桥竖向结构刚度主要由主梁及主缆控制，横向结构刚度主要由主梁及桥塔控制；折减主梁和主缆的结构及重力刚度均会对总体刚度产生较明显的影响，但影响程度不同；超大跨公路悬索桥在满足行车安全及舒适的条件下主梁竖向和横向挠跨比的限值分别约为1/150、1/80。

环境中的振动激励具有随机性与多样性，针对传统俘能器俘能方向单一，俘能效率较低的问题，提出了一种引入非线性磁力的多方向折弯式压电振动俘能器（以下简称压电振动浮能器），能够实现多方向收集机械振动能，提高俘能效率。利用COMSOL Multiphysics仿真软件构建了压电振动俘能器的有限元模型，完成了该模型的模态分析、谐响应分析和电学响应分析。同时通过试验深入探究压电片粘贴位置、外接电阻、磁斥力、激振加速度和磁距等关键因素对压电振动俘能器输出响应特性的影响。结果表明：磁力的引入有效拓宽了俘能频带并提高了输出功率；当激振加速度为1g、磁距为20 mm时，压电振动浮能器的输出功率达到08 mW。此外，压电片粘贴位置和外接电阻等参数对俘能性能有显著影响。

悬浮隧道是一种超长水下交通结构，洋流作用下考虑跨内支撑刚度与边界刚度影响的涡振特性研究及涡振幅值预测至关重要。将管节与锚索、两端边界的连接等效为刚度贴近工程实际的竖向、转动向弹性约束，建立了同时考虑这两类刚度影响的锚索式悬浮隧道涡振动力模型，采用尾流振子考虑流固耦合作用。参阅已有文献拟定悬浮隧道设计参数和约束刚度参数，讨论了各种跨内与边界刚度组合对涡振特性的影响。结果表明：不同管节数目时，结构具有类似的涡振规律；刚度的增大可以抑制高阶频率模态的激发；锁定区间内，振动频率在某些流速范围内可达到固有频率的1.20倍左右；涡激响应中观测到了响应幅值“断崖”式突变、模态之间能量转换、“拍”、准周期运动等非线性现象。

特高压输电塔对国家的能源安全和经济发展具有重要意义，有必要研究其动力特性以确保安全运行。以某干字型1000kV特高压角钢输电塔为例，采用环境激励法进行原位试验和采集响应数据。为了减少噪声干扰，将相干-聚类理论和传统贝叶斯方法相结合，提出了自动贝叶斯模态识别方法。采用数值模型验证了该方法的有效性，得到了模态参数的准确识别和量化了模态参数的不确定性。结果表明：该方法可以有效地降低噪声干扰并适用于特高压输电塔的自动模态识别。1000kV特高压角钢输电塔的基频为1.39Hz，对应的阻尼比为3.30%；前6阶振型为平行横担弯曲、垂直横担弯曲和扭转依次出现。识别结果中阻尼比的不确定性显著高于振型和频率，说明阻尼比的离散性更大。研究成果为特高压输电塔的结构健康监测和动力分析设计提供了依据。

大跨柔性光伏阵列在0°来流风向角下遭受的推力最大，此时极易发生结构强度破坏，现行规范仅规定了柔性光伏支架风荷载的取值准则，缺乏针对风荷载降载措施的系统研究。为进一步提高大跨柔性光伏阵列的抗风性能，本文创新性地设计并制作了>型、<型、Γ型和L型四种来流扰流装置，开展了考虑/不考虑扰流装置的五种大跨柔性光伏阵列上下表面同步测压风洞试验，对比分析了不同扰流装置对光伏阵列平均、脉动和极值风荷载及扭矩力的影响，使用主成分分析法评价了四种扰流装置的降载性能，结合CFD(computational fluid dynamics)数值方法探究了扰流装置的降载机理。结果表明：四种扰流装置均显著降低了0°最大推力下光伏阵列的平均风压系数、极值正压系数和扭矩系数，但对光伏阵列的脉动风压系数和极值负压系数影响微弱；四种扰流装置降载性能由强到弱依次为>型、<型、Γ型和L型，相应降载性能评价指标为4.133、4.022、2.388和1.746；来流在扰流装置处分离产生的连续低压区域和涡脱再附产生的局部低压区域分别是首排和后排光伏板大幅降载的主导因素。

碳纤维复合材料传动轴具有重量轻、比刚度大及减振性能强等优势，是舰船传动轴系未来的发展方向，目前其振动计算多基于有限元仿真。文中以某船舶复合材料推进轴系为研究对象，首先基于三维解析模型将复合材料轴均质化，确定其等效弯曲刚度。然后利用传递矩阵法构建了复合材料轴系横向振动模型，并通过有限元法验证了模型的准确性，最后分析了铺层角度、铺层厚度及铺层方式对轴系横向振动的影响。结果表明：复合材料横向振动快速预报模型具有较高精度，并且可以显著缩短计算时长。钢轴-碳纤维轴组合轴系，调整复合材料轴段铺层角度可有效改变碳纤维轴段弯曲刚度，进而调控轴系各阶固有频率及其对应振幅，并且阶次越高，调控效果越明显。但是铺层厚度和铺层方式的影响较为微弱。所得结果对于复合材料轴系横向振动预报快速建模及铺层设计具有一定的指导意义。

碰撞冰载荷是影响极地海洋结构物作业安全的重要因素。基于CFD（computational fluid dynamics）软件STAR-CCM+和FEM软件Abaqus协同仿真，构建了计算结构物-浮冰-水相互作用的数值模型，开展了圆柱形结构物与方形浮冰的碰撞响应研究并分析了不同因素对碰撞响应的影响。进一步从能量转换的角度，提出了一种考虑浮冰初始旋转的碰撞力修正模型。分析了碰撞前、碰撞中和碰撞后阶段对碰撞力峰值的影响，实现了对带有初始旋转的浮冰碰撞载荷的快速估算。研究发现，碰撞前浮冰速度衰减、碰撞持续时间和碰撞后浮冰的转动对碰撞力均有较大影响，碰撞力随浮冰旋转角度增大呈现出先增大后减小的变化趋势。

由于服役环境风效应和结构钝体效应显著，定日镜光学精度易在风荷载作用下降低，设计时需考虑各工作状态和气动外形下受力情况。基于大气边界层理论，综合考虑定日镜仰角、风向角、反射镜纵横比和立柱高对风荷载的影响，建立定日镜气动力系数解析表达式，探讨该系数建议取值。结果表明：定日镜仰角及风向角是气动荷载的决定性因素，随仰角增大，定日镜阻力系数、侧力系数、侧向力矩系数、倾覆力矩系数及方位力矩系数均呈减小趋势；阻力系数、升力系数和倾覆力矩系数与来流和镜面夹角呈正相关性，且风向角对定日镜受力不均性影响显著。增大纵横比有利于降低气动荷载；柱高比增至0.75，力矩系数增幅约50%。通过分析六分力系数变化规律，提出气动力系数解析表达式，能够预测定日镜结构的气动荷载，进行定日镜结构抗风设计时，六分力系数可按1.42、1.0、1.0、1.03、1.53、0.18取值。

针对多层弹性膜片螺栓连接件动力学特性的有限元建模难题，采用分区域薄层单元等效建模方法，提出一种可以精准计算出分区域薄层单元各区域材料参数的方法。以船用推进轴系中的膜片联轴器为例，通过对比试验和仿真的模态和振级落差等动力学特性，验证简化模型的准确性。研究结果表明：分区域薄层单元建模方法可以有效地对考虑螺栓预紧力作用下的膜片联轴器动力学模型简化建模，基于分形理论构建的粗糙表面可以准确计算出螺栓结合部接触刚度，并通过其计算出的分区域薄层单元材料参数可以准确分析多层弹性膜片螺栓连接件的动力学特性。

快速准确预测人群步行荷载作用下结构响应对于人致振动舒适度评估和设计具有重要意义。基于随机振动理论，推导人群步行荷载作用下结构加速度响应均方根的反应谱公式。根据人群密度将步行人群划分为无约束状态、弱约束状态和强约束状态三种交通工况，由人群步行荷载功率谱矩阵计算不同工况下的结构反应谱，并研究不同阻尼比和人群规模对反应谱的取值影响，进而给出设计反应谱表达式。反应谱预测值与人行桥结构响应实测值对比表明，研究建立的反应谱预测结果合理，能快速准确地预测人群步行荷载作用下结构的加速度响应。

研究了二自由度分数阶参激系统在谐波激励下的分岔与混沌行为。利用Melnikov方法分析了二自由度分数阶参激系统产生Smale马蹄形意义下分岔与混沌的必要条件，得到了其解析结果。将得到的解析结果与数值迭代算法的结果进行对比，结果表明，两种算法得到的混沌阈值曲线的变化趋势一致，吻合度较高，证实了得到的混沌阈值解析曲线的准确性。利用最大Lyapunov指数图、相图、时程图、频谱图以及Poincare截面图分析了一些典型点的动力学响应特性，得到了系统进入混沌运动状态的途径，详细说明了基于Melnikov方法求得的系统混沌边界条件的合理性。最后分析了系统各参数对混沌阈值曲线的影响，研究表明：增大分数阶系数、参激系数、线性阻尼系数和耦合阻尼系数可以抑制混沌运动的发生，而增大线性刚度系数、非线性刚度系数以及分数阶阶次有时会增加系统混沌发生的可能性，以上结论可为实际应用提供分析参考，对此类系统的设计和控制具有一定指导价值。

对具有空间构型的高频钎焊导管进行了随机振动疲劳试验研究，并提出了一种能考虑多轴平均应力效应的频域多轴振动疲劳寿命预测方法。首先，在宽带随机基础激励下对具有不同充液压力的高频钎焊导管实施了单轴向振动疲劳试验；然后，基于等效质量法并结合有限元分析方法，计算不同充液压力工况下钎焊导管危险点处静态应力水平；紧接着，基于随机振动理论并结合有限元分析方法，计算宽带频域内钎焊导管危险点处各应力分量具有多阶模态响应的功率谱密度函数；最后，运用等效Lemaitre应力准则和Goodman平均应力修正准则对不同工况下钎焊导管的振动疲劳寿命进行了预测，并与实验结果进行对比。对比结果表明该频域多轴疲劳准则具有较高的振动疲劳寿命预测精度。

加强筋板壳结构在工程中有着广泛的应用，加强筋合理的布局可以有效提升加强筋板壳结构的刚度和承载能力。为了实现薄板结构最优的加强筋布局优化设计，提出了一种适用于多相材料的薄板加强筋结构的动态拓扑优化新方法。首先，基于等效刚度理论，将加强筋与基板分别设置为强、弱材料，以不同的抗弯刚度表征加强筋与基板；其次，采用Hilber-Hughes-Taylor-α（HHT-α）方法求解动力学有限元模型，并结合先离散后微分的伴随变量方法进行动态灵敏度分析；再次，通过角点简支方板的加强筋分布拓扑优化算例与传统方法对比，验证了薄板加强筋结构动态拓扑优化方法的有效性。最后，针对不同边界条件和载荷工况下的薄板结构，进行了单相和双相材料下加强筋动态拓扑优化设计。结果表明：提出的动态载荷下薄板加强筋结构拓扑优化方法在复杂动态工况下表现出良好的适应性和稳定性，引入双相材料后，通过合理的材料分布和细化的结构设计，成功克服了单相材料在连续性分布上的不足。优化后的加强筋结构连续，传力路径完整，显著优于传统方法。

针对城际线路中广泛存在的小半径曲线导致的动车组曲线通过性能不足及轮轨严重磨耗问题，现以城际动车组为对象，在其轴箱与转向架布置横向作动器，形成主动径向转向架。该作动器能够驱使轮对横向移动，使得车辆沿纯滚动线运动。搭建了作动器系统模型，并采用分数阶PI（proportion integration）控制器验证了在负载突变干扰情况下，作动器对期望轨迹跟踪的快速性、准确性和稳定性。利用SIMPACK和MATLAB/Simulink软件，建立了主动径向城际动车组的动力学模型。通过分析轮对冲角、磨耗数、轮轨横向力和脱轨系数等动力学指标，评价了运行速度和曲线半径对车辆曲线通过性能的影响。此外，采用Jendel磨耗模型评估了车辆通过500米曲线半径时的轮轨磨耗性能。研究结果表明：将纯滚线距线路中心线的距离作为作动器的位移控制目标是合理的。当曲线半径为500米时，与传统被动控制相比，新型主动径向控制车辆的轮轨横向力最大值降低了12%，轮对冲角最大值减少了8%，脱轨系数下降了20%，车轮磨耗数最大值减少了12%。1位轮对外侧和内侧车轮磨耗深度分别降低了31%和12%，曲线外侧和内侧钢轨的磨耗深度分别减少了20%和15%。因此，该型主动径向转向架显著提升了车辆的曲线通过性能，并有效减少了轮轨磨耗。

由于高速列车在运行的过程中悬挂系统产生的振动信号是典型的复杂度高，耦合性和不确定性强的非线性信号，为弥补一维信号在故障诊断时的局限性，利用格拉姆角场 (Gramian angular field，GAF)处理时间序列信号的敏感性以及对非线性信号的适应性，提出了一种基于一维（1D）时序信号和二维（2D）格拉姆角和场（Gramian angular summation field，GASF）特征融合的卷积神经网络结合门控循环单元网络融合多头自注意力机制（1D-2D-CNN-GRU-MSA）的故障诊断方法。首先将一维的时序信号编码为二维的格拉姆角和场（GASF）图，再分别将一维的时序信号与二维的GASF图同时送入到两条并行的网络支路中。其中一路为图像输入经卷积神经网络(convolutional neural networks, CNN)提取GASF图像的特征；另一路将一维的故障波形直接输入经门控循环网络单元（gated recurrent unit，GRU）提取时序特征，最后通过多头自注意力机制（multi-head self-attention，MSA）将二维图像特征和一维时序特征进行特征重点强化并降维融合，最后通过Softmax层对高速列车横向减振器故障进行分类。仿真实验证明，不同工况下1D-2D-CNN-GRU-MSA模型比两种主流模型进行高速列车横向减振器故障识别的准确率高。

为研究严寒地区高速铁路车轮多边形磨耗演化规律，首先以我国季冻区无砟轨道结构为研究对象建立考虑结构配筋的 CRTS III 型板式无砟轨道精细化非线性有限元分析模型，其次建立基于轮对、构架以及轨道柔性的车辆-轨道-路基耦合动力学模型，结合适用于计算车轮圆周长期磨耗演化的MATLAB预测模型，研究不同温度梯度下车轮多边形圆周磨耗演化规律，进一步分析严寒地区路基不均匀冻胀变形对车轮多边形圆周磨耗演化的影响。结果表明：在20℃~-40℃温度梯度范围内，严寒环境会加剧车轮多边形磨耗演化速率，磨耗后期车轮粗糙度水平及多边形幅值显著大于常温环境，波动幅度甚至超过两倍；路基冻胀幅值主要影响车轮多边形磨耗演化速率，幅值越大，演化速率越快，但对磨耗演化区域的影响较小；冻胀波长主要影响车轮磨耗量的累积位置，随着波长的增大，磨耗量会在车轮均匀叠加，波长越大，越趋于规则性磨耗，而冻胀波长对车轮磨耗速率影响甚微，研究结果可为严寒地区高速铁路车轮磨耗提供参考。

地铁空间线形显著影响钢轨磨耗，如果能在选线阶段即考虑空间线形对钢轨磨耗的影响，从而优化线路方案，则可从源头上降低钢轨磨耗。然而，可行的线路方案有无穷多种，在选线阶段需设计大量的方案进行比选分析，现有通过建立仿真模型计算钢轨磨耗的方式需耗费大量时间，显著影响设计效率，计算时长难以接受。对此，本文引入人工神经网络，发掘地铁空间线形与钢轨磨耗的关联关系，实现对不同地铁空间线形下钢轨磨耗的高效、准确预测。首先，以地铁A型车为原型建立钢轨磨耗计算模型，分析不同空间线形参数对内外钢轨磨耗的影响并建立样本数据集；然后，基于分析结果建立考虑圆曲线半径、圆曲线长、缓和曲线长、坡度、坡度代数差、超高的钢轨磨耗预测神经网络模型，并提出基于Sobol分析的模型结构优化方法；最后，通过样本数据训练，建立地铁空间线形与钢轨磨耗的映射关系。研究结果表明：1、对于内、外钢轨，相同线形参数具有不同影响，对于内轨磨耗，缓和曲线长、圆曲线半径、超高为主要影响参数；对于外轨磨耗，圆曲线半径为主要影响参数，并且影响程度远高于其余线形参数。2、可根据地铁空间线形参数准确预测钢轨磨耗，内、外轨磨耗预测精度分别可达到98.11%、97.02%。3、通过Sobol分析优化模型结构，可提高模型预测准确度，内、外轨磨耗预测精度分别可提高7.14%和26.29%。

为研究弹性车轮轮轨系统P2共振特性，采用现场试验与理论模型进行了系统分析。通过试验测试得到了列车在40~80km/h速度范围内的轴箱振动加速度特性；建立了弹性车轮轮轨系统动力学理论模型，推导出了弹性车轮与轨道耦合系统的频率方程。试验结果表明：弹性车轮的P2共振频率低于刚性车轮，且行驶速度对P2共振频率的影响不显著。在相同速度等级下，弹性车轮列车的轴箱振动加速度幅值均低于刚性车轮列车。基于理论模型，进一步探讨了轨道参数及弹性车轮参数对P2共振频率的影响机制。研究发现，与刚性车轮相比，弹性车轮轮轨系统P2共振频率降低，其主要影响因素包括车轮质量、橡胶层径向刚度和轮辋质量占比。当橡胶层径向刚度大于300MN/m时，车轮质量对P2共振频率的影响较大，当橡胶层径向刚度小于300MN/m时，橡胶层径向刚度和轮辋质量占比对P2共振频率的影响更为显著。此外，随着钢轨基础弹性系数的增大，P2共振频率升高，且橡胶层径向刚度对其影响也逐渐增强。基于轮轨参数对弹性车轮P2共振频率的影响规律，可通过优化车轮质量、橡胶层径向刚度和轮辋质量占比，使轮轨系统P2共振频率避开构架的固有频率，以降低轮轨P2共振可能导致的构架疲劳失效风险。本研究可为弹性车轮的设计优化及轮轨系统振动控制提供重要理论依据。

考虑车辆在不同路面下行驶中的非线性因素（包括轮胎跳离地面、悬架撞击挡块和减振器系统时滞特性等），基于对不同阀控方式的减振器实测数据分析，建立了一个非线性车辆-悬架系统动力学模型。基于所设计的增广卡尔曼滤波器，并结合所选传感器的精度分析，研究了路面不平度的辨识算法，以有效判断当前路面及车速条件下的路面激励水平。设计了三种不同控制策略的电控半主动悬架，系统采用多目标粒子群算法分别对其最优控制电流进行了优化研究，并对各方案在不同路面激励水平下的控制效果进行了仿真分析。结果表明，三种控制方案与被动悬架相比均可提升车辆性能，而其中双阀控制的电控半主动悬架性能表现最佳，且对系统时滞具有更强的适应性。上述研究可为实用性车辆半主动悬架控制算法设计提供重要依据。

液压设备在运行过程中伴随着多域间的能量转换，尤其在变工况下呈现出非平稳性及非线性等特征，为状态监测与故障诊断带来难度。为了提高非平稳工况轴向柱塞泵故障诊断的性能，该研究提出采用既是运行参数又是状态参量的瞬时转速信号作为轴向柱塞泵故障诊断的信息源。通过理论分析得出瞬时转速信号的波动成分中蕴含着元件健康状态信息。提出采用同步提取标准S变换（synchro-extracting of normal S transform，SNST）对其进行线通滤波处理。利用K-medoids方法将滤波重构后的瞬时转速波动信号角度域特征值进行聚类分析，并在机电液一体化平台上进行了变转速和变负载工况试验，实现了轴向柱塞泵配流盘在正常、轻微、严重磨损时的故障诊断。研究成果可为液压设备的运行状态监测与故障诊断提供新的方法。

针对迁移学习在工业现场应用中存在的因非同源故障数据域漂移和噪声干扰所导致的负迁移问题，本文提出一种聚类引导的无监督平滑性迁移诊断方法。首先，利用奇异谱分解(Singular spectrum decomposition,SSD)技术对数据进行降噪处理，消除故障信号中其他频带成分的干扰；然后基于一维卷积神经网络构建无监督领域对抗迁移网络，并引入平滑性域对抗训练策略，使模型达到平滑最小任务损失并增强目标域上的泛化能力；其次，设计判别性聚类方法以学习域不变特征空间并优化目标域样本判别分类信息，进而提高无监督聚类性能并抑制负迁移；最后，应用该迁移诊断方法完成多组跨设备变工况条件下的滚动轴承健康状态识别。通过多个评价指标综合验证表明：所提方法能够充分弥合源域与目标域间的差异性，提高非同源设备迁移诊断精度和泛化性。

针对实际工程中滚动轴承故障数据标注成本昂贵，导致标签样本数量难以满足有监督模型训练需求的问题，提出基于孪生表征对比学习的滚动轴承半监督故障诊断方法。首先，利用添加高斯白噪声的数据增强方式在无标签数据上施加不同程度扰动得到正样本对，同时构建权重共享的孪生自校正卷积神经网络提取正样本对中高维特征；其次，基于对比学习策略构建负余弦相似度损失函数对正样本对的特征进行对比，通过最大化特征间的相关性为预训练阶段构建监督信息，促使模型学习无标签数据中正样本对一致性特征表示；然后，引入少量标签样本参与微调，建立特征表示与标签之间的映射关系；最终，将待测数据输入到微调后编码器模型，实现了滚动轴承的半监督故障诊断。所提方法从大量未标注数据中学习数据的内在结构和特征表示，不依赖于昂贵的标注过程。通过采集的滚动轴承数据和公共数据集HUST bearing进行实验验证，所提方法准确率均达到97%以上，证明了所提方法具有良好的诊断性能。

模态参数因其易于获取且对结构损伤敏感等特点常被用于结构损伤识别。基于模态参数和有限元模型的损伤识别方法能有效定位和量化结构损伤，但在测量噪声和模型误差等因素的共同影响下，识别结果可能与实际情况存在较大偏差，难以准确评估结构的安全状态。针对此问题，本文基于截断总体最小二乘法与L1正则化技术，提出了一种新的结构损伤识别方法。该方法首先分析了既有灵敏度方程中误差的来源，然后通过截断总体最小二乘法构造了损伤折减系数改变量与模态参数改变量之间新的近似关系式，最后结合结构损伤的稀疏性，引入L1正则化对问题进行约束，以改善问题的不适定性并提高识别精度。数值仿真和实验结果表明：所提方法能有效地识别结构的多种损伤工况，且误判较少，具有较高的识别精度和较强的鲁棒性。

超小波变换（Superlet Transform，SLT）是一种新的高分辨率时频分析方法，在能量聚集度、噪声鲁棒性等方面明显优于短时傅里叶变换、连续小波变换等经典时频分析方法。然而，由于故障轴承振动信号中的异常频率成分分布广泛而稀疏，对其进行SLT时会出现计算量过大的问题。为提升SLT计算效率，提出基于能量分布的自适应超小波变换（Energy Distribution based Adaptive Superlet Transform，ED-ASLT）方法。首先，利用Welch法进行功率谱估计，获得信号频带能量分布；随后，基于能量分布，进行频率非等间距自适应采样，得到一系列超小波中心频率；继而，根据中心频率值高低和中心频率处能量高低，确定超小波中的小波数量和窗长，构造超小波；最后，利用构造的超小波，对信号进行超小波变换。ED-ASLT方法能够根据具体故障信号的频带能量分布，识别信号中可能反映故障信息的关键频段，自适应地确定超小波参数，对信号进行高能量聚集度、高噪声鲁棒性、高效的时频分析，有助于对信号中的异常成分进行更精确的时频定位，抵御噪声的干扰，提高故障诊断准确率和效率。分别利用帕德博恩大学和东南大学实验室的轴承振动信号，从能量聚集度、噪声鲁棒性、计算耗时等方面将ED-ASLT方法与多种常用时频分析方法进行对比。结果表明，ED-ASLT在保持超小波变换高能量聚集度、高噪声鲁棒性优势的同时，能够大幅减少计算耗时，有助于为故障诊断提供更优质的判断依据。

高位滑坡对建筑集群的冲击破坏时常导致严重的人员伤亡，本文基于光滑粒子流体动力学-离散元法-有限元法（smoothed particle hydrodynamics -discrete element method-finite element method,SPH-DEM-FEM）耦合的数值模型，开展了高位滑坡对框架结构建筑群的冲击过程、建筑结构破坏机理、冲击力时程与框架柱关键点应力和弯矩等动力机制研究。研究结果表明：SPH-DEM-FEM耦合数值方法能够有效地模拟碎石土滑坡中土（SPH）石（DEM）混合物的抛射弹跳、爬高绕流冲击运动过程。考虑了常规建筑垂直、平行于滑坡流向的三排建筑组合布局，位于滑坡近端的纵向排列建筑表现为连续性倾倒破坏，横向排列的建筑则呈现整体倾倒破坏；因前排建筑群对滑坡冲击能量的耗散及滑坡自身摩擦耗能，位于滑坡后端建筑表现为引流面墙体和前排柱发生局部破坏，结构保持稳定，损毁程度依次为上游无建筑缓冲耗能的建筑>有横向排列的建筑>有纵向排列的建筑；纵向、横向排列的建筑冲击力衰减幅度分别31％、21％。横向框架建筑整体倾倒的损毁机制表现为框架柱的直接剪断或节点塑形铰链失效；纵向框架建筑连续性倾倒的损毁机制表现为前排框架柱的失效引起后排框架柱轴向压力和极限弯矩增加，持续冲击荷载超过其极限弯矩致使后排框架柱发生弯曲破坏，最终结构倾倒。系统能量在动能、内能和摩擦耗能间转化，其中摩擦耗能占65.5%，结构耗能占23.6%，动能快速下降与内能急剧增加是建筑破坏的关键特征。 

爆破过程中受复杂地质条件的影响，导致振动信号掺杂大量噪声，一定程度掩盖了信号的真实信息。为有效降低爆破振动信号的噪声部分，提出一种结合人工原生动物优化器算法（Artificial Protozoa Optimizer，APO）、变分模态分解（Variational Mode Decomposition，VMD）和小波阈值的去噪方法，以获得振动信号的真实时域和频域信息。该方法通过APO算法，寻找使的VMD分解效果最佳的本征模态数K和惩罚因子α，然后利用VMD对含噪信号进行自适应分解，剔除方差贡献率较小的含噪模态分量，对保留下来的模态分量进行小波阈值去噪处理，最终得到重构后的去噪真实信号。分别以仿真信号和现场实测爆破振动信号为初始信号，利用APO-VMD联合小波阈值、经验模态分解、小波阈值去噪、VMD等方法对其进行去噪处理，结果表明APO-VMD联合小波阈值方法能有效地去除噪声信号，使之最大保留信号真实信息，对爆破振动信号去噪研究具有理论意义和工程价值。

防护林在抵御滚石灾害方面具有重要的拦挡作用，但由于树木“冠-干-根-土”的复杂结构和各向异性特性，导致其对滚石冲击拦挡效应和能量吸收特性的研究相对不足。为此，构建了树木全植株形态“冠-干-根-土”系统的三维数值仿真模型，研究了不同碰撞工况下单株树木对滚石冲击的拦挡效应和能量吸收特性。研究结果表明：树木通过干冠缓冲承载、根系锚固及土壤消散的多层结构协同作用，拦挡滚石并吸收其冲击能量；树木的能量吸收率随滚石动能的增大而降低，峰值冲击力随滚石动能的增大而增大，但二者均随碰撞高度和碰撞偏心率的增大而降低；滚石冲击动能较小时，约75%的滚石动能在最初25 ms内通过树冠晃动和树干断裂破坏被吸收，树木结构的能量吸收占比为80%-90%，根-土系统和周围土体的能量吸收占比总和为10%-20%；树木对滚石的能量吸收率随冲击角度的增大呈现先增大后减小的趋势，根-土系统和周围土体的能量吸收占比总和在15%-25%之间。研究成果可为滚石灾害防护林的优化设计和应用提供理论依据。

金字塔型点阵夹芯板(Pyramidal Lattice Sandwich Panel, PLSP)是一类具有高孔隙率的周期性拓扑结构，因具有轻质高强、高比刚度、抗爆炸以及耐冲击等优异力学性能，在现代军用装备领域应用前景广阔。首先，利用选择性激光熔化(Selective Laser Melting, SLM)成型方法制备AlSi10Mg铝合金金字塔型点阵夹芯板试样并实施落锤冲击试验，揭示了夹芯板在冲击载荷作用下的变形失效模式和损伤机理。其次，基于显式动力学有限元方法建立梁单元芯体有限元模型，仿真研究金字塔型点阵夹芯板的落锤冲击动态响应，并通过破坏形态与冲击荷载-时间曲线的对比，验证了有限元模型的有效性和准确性。为进一步提高夹芯板抗冲击性能，在此基础上，建立面板-芯体-背板为装甲钢-铝合金-装甲钢多材料的同等面密度金字塔型点阵夹芯板有限元模型，以背板最大瞬态位移和夹芯板吸能量为评价指标，采用单一变量法数值模拟结构参数对抗冲击性能的影响。研究表明，装甲钢-铝合金-装甲钢多材料金字塔型点阵夹芯板的抗冲击性能较同等面密度铝合金材料有很大提升，夹芯板整体构型基本保持完好；金字塔型点阵夹芯板的芯体厚度、芯体层数以及面板厚度对抗冲击性能影响很大。研究结果可为装备轻量化与抗冲击设计提供参考。

为了研究混凝土板在低速冲击作用下能量耗散特性，利用落锤实验装置对14块素混凝土板进行试验，采用混凝土连续面盖帽本构模型(continuous surface cap model，CSCM)结合非线性显示动力分析软件LS-DYNA对冲击过程进行了数值模拟，并通过能量守恒定律求得试件在冲击过程中能量变化情况，分析了不同混凝土强度、落锤冲击速度和混凝土板厚度对混凝土板耗能特性及其破坏效应的影响。结果表明：冲击力随着落锤冲击速度的增大而增大，且在冲击过程中板的动态变化表现为弹性阶段、塑性阶段和完全破坏阶段；混凝土板的下挠幅度随着冲击速度的增大而增大，呈现较好的抛物线关系；当冲击速度越大，对结构有更强的侵彻效应，主要表现为撞击混凝土的侵入深度，混凝土板断裂过程中产生的碎块动能以及落锤剩余的动能消耗了更多能量，则作用于裂缝拓展的能量就越少。该研究可为桥面板和路面防止低速冲击作用提供参考，以供落石灾害防护工程设计所需。

利用莫里森方程开展小KC（Keulegan-Carpenter）数场景下水下桩柱结构地震响应模拟时，拖曳力系数Cd和惯性力系数Cm是影响计算可靠性的关键。系数的获取方式与精度判别目前尚未统一，同时缺乏不同要素对系数影响的全面性分析。针对这一问题，本文以水下桩柱结构的二维CFD（computational fluid dynamics）仿真数据为基础，开展了基于集合卡尔曼滤波方法的莫里森方程系数寻优方程组建模，制定了防非物理性拟合和支持方程组快速迭代收敛的先验数据预处理策略和针对振荡时序数据的误差判定指标，在此基础上设计了包含不同截面形状、不同振幅、不同振动周期等要素的系列计算方案。结果表明，本文提出的以集合卡尔曼滤波为基础的拟合方法，兼顾了处理精度与计算效率，可有效模拟非线性复杂场景下Cd和Cm与受力之间的关系，同时可为同类型小KC数应用场景下的水中地震载荷受力计算提供数据指导以及数学基础。

为探究碳纤维增强复合材料(carbon fiber reinforced composites,CFRP)布加固对锈蚀钢筋混凝土（reinforced concrete，RC）矩形柱抗震性能的影响，设计并制作了7根RC矩形柱试件，其中6根采用贴面外加电流法进行加速锈蚀。锈蚀完成后，对3根锈蚀柱进行CFRP布加固。通过拟静力试验，分析得到了各试件的破坏形态、滞回曲线、骨架曲线、位移延性、刚度退化曲线、累计耗能曲线、等效粘滞阻尼系数、曲率分布、位移组成及有效刚度。结果表明，钢筋锈蚀显著降低了试件的抗震性能，当锈蚀率达到15.09%时，试件的峰值荷载、位移延性系数和耗能能力分别降低了37.5%、14.2%和32.8%。而CFRP布加固能有效提高锈蚀试件的抗震性能，与未加固锈蚀试件C1、C2和C3相比，加固后的试件C1R、C2R和C3R的峰值荷载分别提高11.57%、4.97%和13.32%，延性系数分别提高7.0%、7.2%和12.2%，总累计耗能分别提高112.10%、91.35%和166.12%。随着锈蚀率的增加，试件的有效刚度呈现逐渐下降的趋势。为此，提出了一个适用于预测锈蚀RC矩形柱有效刚度的公式，其计算结果贴合试验值，具有较高的精度和较小的离散性。

多孔前缘已被成功应用于圆柱-翼型干涉噪声的抑制，但其抑制噪声的内在机理至今尚不明确。采用时间分辨PIV对圆柱尾流和翼型前缘附近的流场进行了详细测试，通过对比基准前缘和多孔前缘的平均速度、脉动速度、湍动能和归一化涡量等揭示了多孔前缘抑制圆柱-翼型干涉噪声的流动机理。结果表明：多孔前缘上游的圆柱尾流具有更低的平均速度和脉动速度，且越靠近翼型前缘与基准构型的差异越大；靠近多孔前缘壁面的湍动能和旋转速度明显降低，但远离壁面的旋转速度增加且最大旋转速度可能比基准构型还大；对翼型前缘撞击速度降低，湍流动能降低、耗散变快是多孔前缘降低噪声的关键物理机制。

针对特高压交流变压器低频噪声抑制问题，利用摆臂薄膜型声学超材料和空间折叠型声学超材料的吸隔声互补性，设计了一种多层异构声学超材料。采用有限元法对两种声学超材料建立仿真模型，探讨薄膜厚度、薄膜预应力、摆臂长度、质量块形状、挡板层数、穿孔板孔半径和腔体长度对其吸隔声性能的影响，对超材料结构进行优化，并建立多层异构声学超材料有限元模型。结果表明，这种多层异构声学超材料在低频频段具有较高的声传递损失，最低声传递损失可以达到37 dB左右，能够很好地阻断变压器噪声的传播，通过隔声实验验证了仿真方法的有效性。