自治水下机器人（AUV）因其机动灵活、鲁棒性强、运动范围广等优势广泛应用于水文监测、海底科考、巡逻侦察等领域。为保安全高效地完成各种作业任务，AUV的运动控制技术研究显得尤为重要。本文按照AUV发展的时间进程，重点从运动控制相关角度对国内外AUV的典型产品进行介绍，并展示了团队最新研制的“盛鲸一号”AUV及其运动控制技术。根据AUV的运动控制研究现状，AUV的运动控制可分为路径跟踪、轨迹跟踪和镇定控制三种类型，其研究内容主要集中在制导方案的设计和控制器的优化上。AUV模型不确定、外界干扰和执行器饱和是影响运动控制系统的三大主要挑战。为应对这些难题，深度强化学习、滑模控制、自抗扰控制、神经网络、自适应控制、S面控制和模糊控制等智能控制技术已得到广泛应用，能够有效抑制AUV动力学模型变化以及海浪、洋流等环境干扰对跟踪精度的影响。针对执行器饱和问题，模型预测控制、深度强化学习和滑模控制技术表现尤为突出。现有研究显示，信息型AUV的数量较多，AUV的运动控制系统在精确性和鲁棒性方面具有显著优势。未来AUV的发展将聚焦于采用可再生能源驱动的长航程AUV和具备自主操纵机构的多模式AUV。同时，AUV的运动控制趋势将向低功耗运动控制和集群运动控制方向发展。

悬索桥作为柔性桥梁在运营过程中主梁的挠度控制尤为重要。为预测既有悬索桥主梁在随机车流与环境温度复合作用下的竖向挠度，本文建立了一种基于卷积神经网络(Convolutional Neural Networks，CNN)、长短时记忆神经网络(Long Short-Term Memory，LSTM)、概率密度估计层和桥梁监测数据的集成性挠度区间预测方法。基于南溪长江大桥健康监测数据建立了环境温度、车载和挠度监测数据时间序列训练集，通过CNN-LSTM组合层捕捉时间序列中的局部特征和长时记忆，采用高斯分布作为概率密度分布函数，通过极大似然法评估高斯分布的参数，输出最佳的挠度预测值和概率区间。在此基础上，提出了识别既有悬索桥主梁异常挠度及预警阈值方法。研究表明：相较于LSTM和CNN-LSTM模型，CNN-LSTM-GD模型在预测微小挠度波动和极端挠度上具有更好的预测能力，挠度预测值和监测数据基本吻合。在24h时间尺度上，相较于传统LSTM模型在均方根误差(Root Mean Square Error，RMSE)和决定系数(coefficient of determination，R2)上分别提升了54.40%和10.22%，相较于CNN-LSTM模型，在RMSE和R2上分别提升了38.43%和5.31%。

为了解决轴承振动信号特征提取不充分导致故障诊断准确率低的问题，本文提出一种基于特征交叉注意力机制融合的轴承故障诊断方法，建立CNN-BiTCN-CATTM诊断模型。采用变分模态分解和快速傅立叶变换对原始信号进行重构，分别使用双向时间卷积网络（bidirectional temporal convolutional network，BiTCN）和卷积神经网络（convolutional neural network，CNN）提取时频特征，通过交叉注意力机制（cross-attention mechanism，CATTM）融合时频特征的能力，充分提取原始信号故障特征，利用全连接层实现滚动轴承故障类型的精确诊断。试验研究表明，在含信噪比为9.32、标准差为2.98的高斯白噪声的环境下，使用CNN-BiTCN-CATTM模型轴承故障分类准确率为99.88%，相较于使用CNN、BiTCN和结合自注意力机制的卷积神经网络（CNN with self-attention mechanism，CNN-SATTM）诊断轴承故障，准确率分别提升约22.79%、4.85%和4.19%。在引入信噪比为3.31、标准差为5.96的高斯白噪声时，本模型仍然可以达到96.12%的诊断准确率。CNN-BiTCN-CATTM模型能够深入提取轴承信号中的故障特征，有效提高故障分类准确性。

针对齿轮箱振动信号复杂多变，导致现有的齿轮箱故障诊断方法诊断精度不高、较弱故障特征容易被噪声淹没等问题，提出了一种基于向量加权平均优化算法（INFO）、变分模态分解（variational mode decomposition，VMD）和卷积神经网络（convolutional neural network，CNN）的齿轮故障诊断方法。该方法首先采用熵权法将不同位置的振动传感器信号信息进行融合，利用向量加权均值算法（INFO）对VMD算法中参数进行优化，并设计一个复合评价指标作为参数优化的评价标准，使用奇异峭度差分谱（SKD）的方法对敏感分量进行重构；其次，从重构的信号中提取时域、频域特征并输入到CNN模型中进行分类；最后通过Shap（Shapley Additive Explanations）值法对模型输入特征的重要性进行排序，分析不同特征组合对模型分类和特定故障识别的影响。在东南大学行星齿轮数据集上进行验证，结果表明，利用所提特征组合进行故障诊断，CNN模型故障诊断准确率为98.24%，高于其他特征组合，为行星齿轮箱的故障诊断提供了一组有效的特征指标。

准确识别与定位内部缺陷对于确保混凝土结构的安全性和耐久性至关重要，冲击回波法针对只具备单一检查面的混凝土结构具有独特优势，利用冲击回波法进行混凝土结构内部缺陷测试时，其难点在于冲击回波信号特征的分析及缺陷分类识别。为此,该研究提出基于冲击回波信号时频图深度学习的混凝土内部缺陷识别方法：首先，对含不同缺陷类型（孔洞、蜂窝、裂缝）混凝土面板开展冲击回波试验；然后，将原始冲击回波信号通过短时傅里叶变换和连续小波变换转换为时频图；最后，将两类时频图组合起来进行数据扩充，构建包含缺陷类型、孔洞大小、裂缝深度时频图的数据集，采用Swin Transformer、Vision Transformer、ResNet18三种深度学习模型进行训练，根据深度学习模型相关评估指标，分析不同数据集下不同深度学习模型的表现情况，对比模型对缺陷的分类识别效果。结果表明，三种模型中Swin Transformer表现最佳，在缺陷类型分类中准确率超过95.00%，识别性能良好。

电磁作动器作为振动主动控制的核心部件，设计一款基于Halbach磁极阵列的新型安培力式电磁作动器，具有高力密度和低输出力波动率的特点。分析电磁作动器的多物理场耦合关系，建立电磁场-能耗场耦合优化模型，其中能耗场采用神经网络代理模型建模方法以提升计算效率；采用NSGA-II优化算法开展多目标优化设计，结合熵权逼近理想解排序法获取最佳设计参数组合。试制电磁作动器样机并开展试验分析，结果表明：电磁作动器在30-250Hz频段内，力常数可达20N/A，非线性度小于10%；在250Hz峰值正弦激励电流8A时作动器能耗为105.20w，具有力衰减率低、线性度良好和低功耗的优势。

抛掷爆破因工程规模大、效率高，且在一定程度上可以节约采剥生产成本，所以备受美国、澳大利亚等发达国家露天开采行业的青睐。通过对国内外露天矿山抛掷爆破技术发展历程的梳理与分析，明确了抛掷爆破技术的生产特点。从强可控、弱可控以及不可控等层面分析了在露天煤矿生产过程中影响抛掷爆破质量的指标因素，并剖析了抛掷爆破技术在露天开采环节中的适用性条件。基于平面药包法理论和爆破地震效应理论，对抛掷爆破技术的岩石爆破机理进行了深入分析，明确了炸药起爆后岩石抛掷的四个阶段和岩层内部演化特征，同时分析并总结了抛掷爆破技术的地震响应特征。以黑岱沟露天矿为案例，对抛掷爆破技术的应用现状进行了详细阐述，系统化剖析了抛掷爆破技术应用的作业流程，解析了抛掷爆破-拉斗铲无运输倒堆工艺的内部结构和运行机制，并对当前抛掷爆破技术应用存在的瓶颈问题进行了分析和凝练。针对抛掷爆破技术的智能化改造升级问题，分别就地质信息透明化、爆破设计智能化、爆破施工精细化、安全管理信息化、爆破效果精准化等抛掷爆破全系统流程进行了分析和凝练，从学科支撑、技术支撑以及待解决问题等多层面，构建了抛掷爆破技术知识体系及智能化系统架构，提出了未来抛掷爆破技术的研究趋势，并对抛掷爆破技术在国内外其他露天矿的应用和推广进行了适用性分析，研究结果可为其他行业爆破工程技术的升级和改造提供参考和依据。

飞机的抗坠撞性能不仅受其自身结构设计的影响，还与飞机坠撞时的速度、着陆姿态以及道面环境等因素紧密相关。以典型民机全机结构为对象，建立全机坠撞动力学模型，并基于文献中的试验数据对模型进行验证。进一步开展不同坠撞速度、俯仰角、滚转角、道面环境等因素影响下的仿真分析，探讨不同因素对飞机坠撞响应的影响规律。结果表明：随着坠撞速度的增加，机身下腹部坠撞载荷初始峰值和平台载荷逐渐增大，机身变形范围和地板加速度峰值也逐渐增大；随着俯仰角的增加，坠撞载荷波形发生显著变化，初始峰值载荷显著减小，地板加速度峰值也逐渐减小，且中机身框段结构的地板加速度峰值随俯仰角的变化更为敏感；飞机局部机身结构的坠撞速度受飞机俯仰角影响显著，在飞机整体垂直坠撞速度不变的情况下，俯仰角越大，前机身框段的坠撞速度越大，总体呈现出从机头到后机身框段的非线性增大趋势；滚转角对飞机的坠撞载荷和机翼前缘结构加速度峰值影响较小，而对机身的地板加速度峰值有显著影响，机身下腹部靠近滚转方向的一侧变形增大，产生新的塑性铰；相比刚性道面，在黏土道面坠撞时，飞机垂向坠撞初始峰值载荷减小，航向坠撞初始峰值载荷显著增大；飞机坠撞后在黏土道面上砸出沟壑状变形，不同俯仰角下的沟壑形状和变形扩展过程显著不同；在黏土道面坠撞时机体变形和地板加速度峰值较小，相比刚性道面坠撞对乘员安全造成的风险更小。

针对刚柔耦合模型在运动过程中出现柔性振动问题，研究了考虑机电耦合影响的刚柔模型动力学建模与分析。基于Lagrange原理推导了刚柔模型的运动常微分方程和柔性部件偏微分方程，实现柔性部件与刚体之间的耦合动力学计算。在此基础上引入压电本构，建立考虑机电耦合影响的刚柔耦合连续动力学方程，采用假设模态法将连续动力学方程离散化，建立系统特征方程。分别通过ANSYS软件单独仿真及ANSYS-ADAMS软件联合仿真的方式验证了推导模型的准确性与高效性。基于截断模态的系统动力学模型，对压电结构采用比例-积分-微分(proportional-integral-derivative，PID)控制进行动力学响应计算，验证了基于压电本构的电压控制对高精度刚柔模型振动有明显的抑制作用。

瞬态工况下由转矩波动引起的Clunk噪声是轮毂电机驱动系统主要振动噪声问题之一，较大的转矩波动会使驱传动 系统产生扭转振动，严重影响乘坐舒适性和安全性。因此，开展轮毂电机驱动系统Clunk噪声研究，对于提升系统NVH性能具有重 要的工程意义。以内转子永磁同步轮毂电机驱动系统为研究对象， 分析了整车测试过程中出现的Clunk噪声产生机理。通过台架试 验研究，发现电机齿槽转矩引起齿与齿之间的冲击振动是导致Clunk噪声的主要原因。基于Masta软件建立了轮毂电机驱动系统的 多体动力学分析模型，通过试验数据结论验证了模型的有效性。利用控制变量法，分析了各参数对Clunk噪声的影响。通过关键参 数影响因素分析，得出转速大小和齿槽转矩大小对Clunk噪声的影响较大，提出了通过降低齿槽转矩来抑制Clunk噪声的控制方案。 通过转子斜极优化和谐波电流注入的方式，能够将转矩波动从3.8Nm降低至0.24Nm，达到了提升Clunk噪声的声品质的效果。通过 优化后的样件NVH试验，Clunk噪声水平明显降低，主观测评为可接受。解决了实际工程问题， 提高了轮毂电机驱传动系统的NVH 性能。

本文以双转子作动器为研究背景，提出了一种单驱动型双转子作动器主动控制装置，主要由质量块、空间传动齿轮组、电机和控制器组成，通过齿轮带动转子旋转时产生的离心力作为结构主动控制力，以减小结构振动。较于传统的主动质量阻尼器，这一设计既无需考虑导轨直线行程限制，又通过结构优化解决了双驱动型双转子作动器中电机难以同步问题，实现了更高效稳定的振动控制。为研究单驱动型双转子作动器的减振性能，首先用拉格朗日方程力学分析法建立单驱动双转子作动器系统力学模型、单自由度结构与单驱动型双转子作动器的状态方程。其次针对单驱动型双转子作动器系统的减振问题，将极点配置法与超螺旋滑模控制算法相结合，为其设计控制器，再利用改进的蜣螂优化算法对控制器所包含的控制参数进行优化。相较于其他控制算法，所提的控制算法更容易获得控制器的参数，避免了控制器参数需大量繁琐复杂的试凑问题，方便实际工程调试。最后，用李雅普诺夫函数证明了该系统的稳定性，数值仿真验证了单驱动型双转子作动器系统及其控制算法的可行性和有效性。

积石山 Ms 6.2 级地震的震中区紧临青海省，使得青海省内多个市（县）的建筑也遭受了震害，其中村镇建筑的震害尤为显著。调查发现：地震作用下木结构与砖（土）木结构村镇建筑的损伤总体上要重于砖混结构与钢筋混凝土框架结构村镇建筑；对于木结构村镇建筑，木构架与其内填充的夯土墙或砖砌墙协同变形能力普遍较差，两者间的碰撞挤压易使得木构架榫卯节点处出现劈裂、拔榫甚至脱榫现象；部分砖（土）木结构村镇建筑的木屋盖与其下部承重墙体间的连接措施不合理，屋盖存在错位坠落的风险；少量砖混结构与钢筋混凝土框架结构村镇建筑由于缺乏合理有效的设计、施工质量差等原因震害损伤也较为严重；此外，村镇建筑选址也需要得到重视，以避开潜在次生灾害的影响。结合此次震害调查结果以及历史地震资料，在标准规范制定、结构体系优化、施工质量提升、非结构构件增强以及房屋选址等方面提出了几点建议，以期为青海灾区乃至全国范围内村镇建筑的抗震设计与修复加固提供参考。

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。

因外部短路引起的变压器绕组损坏通常不仅与单次短路过程相关，历次短路冲击可能导致绕组逐渐发生变形，进而产生不可逆的累积变形，从而降低其抗短路能力。首先，对一台额定电压为110.0 kV的变压器进行改造，并开展多次短路冲击试验，通过测量绕组电抗和轴向压紧力的变化，验证了短路冲击对绕组机械状态破坏的累积效应；然后，通过对油箱表面的振动信号及绕组轴向冲击力进行时频分析，揭示了累积效应对绕组振动特性的影响规律；最后，采用Wigner-Ville分布方法对振动信号进行处理，构建时频矩阵并实现特征提取，基于模糊C均值聚类算法计算绕组机械状态的隶属度，提出一种量化绕组变形累积效应的方法，并确定了绕组严重变形的判据。由试验结果可知，振动特征参量变化规律与绕组电抗和轴向压紧力具有较高的一致性。该研究成果可应用于绕组机械状态评估与早期故障预警，为变压器的安全稳定运行提供重要的工程参考价值。

大型环柱天线卫星作为地球静止轨道上的关键空间结构，其任务是在该轨道上提供高速信息传输和稳定的通信服务。这要求卫星具备精确的轨道保持和姿态控制能力。由于此类卫星通常具有更大的质量和特殊的结构设计，该研究利用高精度轨道预报算法，通过精细建模分析了非球形摄动、太阳光压和三体摄动等关键空间环境因素对此类卫星空间运行的影响规律。进一步地，参考编队飞行重力场测量卫星的设计理念，该研究针对此类卫星提出了基于推力器布局优化的分布式全推力控制策略。在此基础上，还提出了一种基于Laguerre函数的改进显式模型预测控制算法，将设备能力限制和性能需求转化为输入、输出约束，结合多参数二次规划实现了对大型环柱天线卫星的姿轨一体化控制。仿真结果表明：在稳定运行期间，该卫星的位置保持误差可控制在米级范围内，姿态角误差优于0.03°，该控制算法的计算效率显著高于标准模型预测控制算法和基于Laguerre函数的模型预测控制算法，且占用的硬件内存远低于显式模型预测控制算法。通过理论分析和数值验证，该研究为算力有限的星载计算机实现大型环柱天线卫星在复杂空间环境中的全推力器集成控制提供了一种有效解决方案。

电网在建设过程中不可避免地需要穿越重覆冰区域，对高海拔地区的覆冰勘测表明，线路覆冰厚度会随着海拔变化而变化，这会使得沿档线路覆冰呈现非均匀现象，且线路在外力或者外界环境变化作用下发生的脱冰通常为非均匀脱冰。根据高海拔大高差线路非均匀覆冰特性，定义了非均匀覆冰系数，运用有限元软件搭建了输电线路脱冰跳跃分析模型，计算得到了非均匀和均匀覆冰导线在不同非均匀脱冰方式下的动力特性，探究覆冰方式、脱冰方式、档距和高差对连续档线路冰跳高度、导线张力、杆塔不平衡张力以及冰跳位置的影响规律，并通过真型试验对仿真模型进行了验证。结果表明：非均匀覆冰条件下导线的脱冰动力响应相比于均匀覆冰下有略微提升，在不同脱冰方式下对导线最大跳跃高度位置的影响显著，普遍位于导线档距的049倍~069倍位置处，但整档脱冰依然是冰跳高度最大的脱冰方式，且最大冰跳高度位置主要集中在脱冰档导线中点处。各工况下导线最大张力均未超过初始静态张力，整档脱冰时张力的冲击系数为070，链式脱冰中张力呈单调衰减，冲击系数为103。脱冰过程中的纵向不平衡张力远高于静态状态，冲击系数达146~175。研究结论可为输电线路的设计及除冰方案的制定提供重要参考依据。

在舰船的结构强度设计中，耦合入水砰击荷载受到很大的重视。采用计算流体动力学-有限元法（computational fluid dynamics-finite element method，CFD-FEM）双向耦合数值方法，研究重力作用下弹性楔形体于不同流场环境下入水时的流固耦合问题。首先，以静水中楔形体砰击为例，将其仿真结果与试验进行对比验证该耦合方法的准确性；而后，分析了不同入水速度和底部斜升角的弹性楔形体在静水、流和波浪等不同流场环境中入水时所受砰击荷载以及结构响应和流场的变化。结果表明：静水中楔形体入水砰击与模型试验结果相吻合，证明该数值模拟具有可靠性和可行性；均匀流作用下楔形体入水时由于结构物对来流产生壁面反射，导致楔形体附近在靠近来流侧与远离来流侧流速不同从而产生压力差，楔形体底部向来流方向偏移，不同波浪位置下入水时，模型在波浪速度向上的平衡位置，因波浪与楔形体的相对冲击速度增加，所产生的砰击荷载比静水中大，高应力区主要集中在楔形体底部及焊缝位置。研究结果对舰船结构设计以及入水砰击研究提供了指导依据。

基于深度迁移学习优化的民机故障诊断模型有效解决变工况民机故障诊断任务，进而保障民机部件在复杂工况下的故障诊断任务需求。然而，民机的高安全性需求造成设备故障样本稀缺，进而导致变工况故障诊断任务的高置信度故障样本严重不足且影响故障模型推断。针对上述研究短板，本研究提出了基于条件扩散的故障诊断算法（Condition Diffusion based Fault Diagnosis, CDFD）。首先，结合去噪扩散生成模型对有限的高置信度故障样本进行条件生成增广，解决因样本缺失导致的模型过拟合。同时，针对现有条件扩散技术仅关注样本的条件分布推断的短板，联合考虑故障样本的生成与决策进行耦合优化，有效保障故障样本的生成质量，进而显著提升故障诊断模型的决策泛化能力。实验环节分别在仿真与真实故障数据上进行实验验证，论证了所提出算法在解决真实民机故障任务的高效性。

爆炸应力波在岩体空腔中传播时会发生散射和动应力集中而影响爆破效果。为探究爆炸荷载作用下岩体空腔表面的动力响应规律，基于爆炸动力学理论，计算得到岩体空腔表面动应力场的理论解，并探究了空腔半径、爆源与空腔间距、入射波频率对岩体空腔周围动应力分布的影响规律。结果表明：爆炸应力场中空腔边界处动应力因子δθθ与δϕϕ关于XOY平面对称，其最大值偏向爆源；动应力因子δθθ曲线呈“花瓣状”，在θ=±72.19°时δθθ达最大值2.62，而动应力因子δϕϕ曲线呈“葫芦状”，其最大值发生在θ=180°处；动应力因子峰值2、峰值5和峰值3随空腔半径的增大而增大，峰值1和峰值4则逐渐减小；随着R0的增大，峰值2、峰值5和峰值3则呈逐渐减小趋势，在R0>12m后逐步趋于稳定；动应力因子峰值1和峰值4随着入射波频率的增大呈先增大后减小趋势，而峰值2、峰值3和峰值5则不断增大。研究成果可为工程爆破的参数优化设计提供理论依据。

大跨度悬索桥在不同的主梁架设度下，其颤振主导模态会存在差异，因此关于架设过程中颤振主导模态变化的研究，对结构的颤振安全性具有重要的影响。以一主跨2 300 m闭口箱梁悬索桥为例，对主梁不同架设度下节段模型展开自由振动试验与强迫振动风洞试验，获得颤振临界风速与颤振导数，基于双模态耦合闭合解法对主梁架设过程颤振性能展开分析，探究架设过程颤振主导模态的演化过程。研究结果表明：在主梁架设度为58%以前，颤振由正对称模态组合控制，在主梁架设度为58%~66%的过渡区间，颤振主导模态逐渐由正对称模态组合变为反对称模态组合，在主梁架设度为66%以后，颤振由反对称模态组合控制；颤振主导模态发生转变是因为反对称模态组合耦合气动阻尼的快速下降；在颤振主导模态转换时，反对称模态组合运动相位差急剧下降，竖向运动突然滞后于扭转运动，扭转运动能量占比发生明显的下降，运动耦合程度加强，气动体系对于能量的耗散加剧。 

桥梁动载试验中，环境噪声干扰导致桥梁振动信号失真，影响桥梁结构状态评估准确性。针对这一问题，本文提出融合河马优化算法（hippopotamus optimization algorithm, HOA）、变分模态分解（variational mode decomposition, VMD）和奇异谱分析（singular spectrum analysis, SSA）的混合去噪方法。首先利用HOA寻优VMD的关键参数，再由VMD将原始信号分解为多个本征模态函数（intrinsic modal function,IMF）。通过计算每个IMF和原始信号之间的相关系数，去除低于阈值的IMFs。最后，引入SSA进行二次去噪，奇异值分解后以奇异值累计贡献率筛选主成分，消除信号中低频振荡的噪声成分。模拟结果表明：相较其他方法，经本文方法处理的信号其均方根误差（root mean square error, RMSE）和信噪比（signal-to-noise ratio, SNR）在不同噪声水平下分别提高16.22%和2.51%。工程应用结果表明：与其他方法相比，本文方法去噪信号的归一化香农熵比（normalized Shannon entropy ratio, NSER）和噪声抑制比（noise suppression ratio, NSR）分别提高12.81%和8.44%，对桥梁动载试验信号去噪具有实际参考意义。

卫星上旋转部件等引起的微振动是影响星载光学载荷工作精度的关键因素之一，在卫星平台与光学载荷间布置隔振机构，可有效抑制微振动向光学载荷的传递。基于球面副-移动副-转动副(spherical pair-prismatic pair-revolute pair，3-SPR)并联构型，结合膜片弹簧、电涡流阻尼器及压电作动器，开展了光学载荷3-SPR并联主动隔振平台(以下简称隔振平台)技术研究和设计。对隔振平台进行了动力学建模和分析，探讨了平台机构的运动学自由度特性。通过进一步引入加速度和角度测量的闭环控制算法，建立了隔振平台的刚柔耦合动力学模型，详细分析了隔振平台的被动和主动传递函数特性，系统研究了隔振平台的被动与主动隔振性能。通过地面试验验证，该隔振平台可实现优于42%的扰动隔离，具备较好的隔振效果，为3-SPR并联主动隔振平台在轨应用奠定了基础。

航空发动机数据呈现多变量、非线性和动态变化等复杂特征，且具有显著的时空关联性。大多数研究在分析数据时，往往局限于单一的多传感器尺度或时间尺度，且往往忽视数据间的长时依赖性，限制了其在航空发动机剩余使用寿命（Remaining Useful Life，RUL）预测任务中的应用。为此，提出了一种时空融合Transformer网络模型。该模型在保留了Transformer架构中的多头注意力机制和位置编码的优势以精准捕捉长时依赖特征的基础上，首先采用高效全连接网络替代原有的解码操作模块，匹配航空发动机RUL预测非线性回归问题属性的同时简化模型结构；然后，通过引入空间注意力机制模块，深入挖掘不同变量间的空间特征；最后，应用改进的赤池信息量准则对Transformer的重要超参数进行辨识，解决其超参数的选择难题。经C-MAPSS以及PHM08 预测数据挑战赛两数据集的多组实验证实所提模型的有效性及其在预测精度方面的卓越表现。

本研究采用大涡模拟和FW-H声类比方法，开展风琴管喷嘴的空化流场和声场特性研究，重点评估其空化效果及清洗噪声对大黄鱼养殖的影响。流场研究结果表明，与传统缩放型喷嘴相比，风琴管喷嘴由于自振效应的影响，喷嘴喉部的湍流边界层更加明显，有利于空泡群的生发，其工作产生的空泡体积平均值可达到缩放型喷嘴的1.8倍。在外流场中，风琴管喷嘴具有射流轨迹窄、空泡云分布集中的特点，在10倍管径的近流场区域内其空化性能优于缩放型喷嘴。空化声场研究结果表明，自振型风琴管喷嘴在大黄鱼声敏感频带内没有明显的峰值噪声，其工作噪声以2000Hz以上的高频噪声为主，并在顺流侧平面呈现“枫叶”状的指向性分布。考虑到大黄鱼的听力曲线，计权后的风琴管喷嘴远场监测点总声压级较缩放型喷嘴的总声压级低10dB以上，其对大黄鱼的影响范围保持在半径小于0.7m的区域，适用于大黄鱼深水养殖网箱的低噪声清洗作业。

近断层地震动普遍具有典型的速度脉冲特征，会对拱桥产生格外严重的危害。为深入了解近断层地震动对拱桥地震响应的影响规律，首先提出抗震Meta-analysis（Seismic Meta-analysis, SMa）的分析方法，该方法是一种基于现有研究数据开展二次量化分析的全新路径；之后从SMa的分析主题设定、研究数据收集与分类、分析框架、量化分析理论、量化指标选取、分析结果解读全面阐述了SMa的逻辑流程；进而就近断层与非近断层地震动对拱桥地震响应的影响，从响应差异判断、响应差异影响程度和细分因素影响效应三个方面进行对比研究；最后收集了98项研究中总计2137组独立样本开展二次分析，验证了SMa方法的可行性，同时指出了两类地震动对拱桥地震响应影响的典型差异。研究表明：SMa能在脱离现有结论限制的崭新视角开展二次量化分析，且针对现有研究不足，SMa具有拟定新主题的自由度，进而开展补充分析；在地震动强度0~0.6g范围内，两类地震下主拱各项响应的差异程度随地震动强度增加而提升，而当地震动强度超过0.8g后响应差异有明显下降；位移响应和拱桥横桥向响应受近断层地震动的不利影响最为显著；向前方向型地震动是对拱桥最具危害的一类近断层地震，近断层地震动对拱桥横向位移的影响与跨径的增长呈显著的正相关。此外，当前有关拱桥类型、服役年龄、成桥初始状态等因素的影响需要进一步探索，同时针对近断层地震动不利影响的减隔震研究也较为欠缺。本文首次在桥梁抗震和土木工程领域引入Meta-analysis方法，具有广泛的参考价值。

杀爆战斗部在多种防空反导武器系统中得到了广泛的应用，此类战斗部主要通过爆炸冲击波和破片两种毁伤元对来袭导弹目标实现高效毁伤。为研究不同爆炸场景下爆炸冲击波/破片毁伤元对导弹目标的耦合毁伤能力，选取圆柱型壳体作为效应靶，基于爆炸冲击波和破片的速度变化公式及运动特性提出了可以划分不同爆炸作用场的计算方法，并引入LBE(LOAD_BLAST_ENHANCED)算法实现了爆炸冲击波/破片协同作用下对圆柱型效应靶耦合毁伤工况的有效模拟。研究表明：爆炸冲击波/破片耦合作用场的毁伤效能对效应靶的强度较为敏感，增加效应靶的材料强度是提升自身防护能力的关键因素。在初始爆炸参数相同的前提下，杀爆相关作用的毁伤效能最高，约为冲击波单独作用的1.06~5.26倍，杀爆联合作用的毁伤效能约为冲击波单独作用的1.06~1.44倍。

为协同提升车身耐撞安全性与轻量化水平，本文设计并提出一种新型功能梯度变截面双六边形吸能盒，提取其下端形状规则子结构—功能梯度变截面双六边形管（functionally-graded section double-hexagonal tube，FS-DHT）为对象并进行了参数化几何建模；建立了FS-DHT轴向压溃有限元模型并进行了试验验证；比较研究了FS-DHT与传统双六边形直管（straight DHT, S-DHT）、双六边形锥管（conical DHT, C-DHT）轴向压溃耐撞吸能特性优劣；探究了FS-DHT管壁厚、内/外六边形管上、下端面外接圆半径差及梯度指数对其轴向压溃耐撞吸能特性作用规律；结合最优拉丁超立方采样、响应面代理模型和NSGA-II优化算法对FS-DHT进行了耐撞性多目标优化设计及验证，并进一步建立了“保险杠-吸能盒”总成轴向压溃有限元模型并验证了FS-DHT优化前后对集成其结构的功能梯度变截面双六边形吸能盒耐撞性提升效果。结果表明，FS-DHT优化后其比吸能提升了17.69%且初始峰值压溃力降低了10%，同时促成功能梯度变截面双六边形吸能盒吸能量提升了22.25%且保险杠处对应初始峰值压溃力降低了9.14%，取得了良好的耐撞性多目标协同优化效果，为协同提升车身耐撞性与轻量化水平提供了一种行之有效的新结构与新思路。

本文建立了无叶片风力机的简化模型，并推导了其发电效率计算公式。采用计算流体力学软件Fluent及用户自定义函数(UDF)进行数值模拟，研究了不同折减风速下单自由度和双自由度无叶片风力机的涡激振动特性及发电效率。研究表明，风力机自由度的差异显著影响其振动响应、气动力特性及发电效率。振动幅值随着折减风速的增加呈现先增大后减小的趋势，并在某些风速区间保持平稳。双自由度风力机在折减风速下的振动轨迹主要为“8”字型，当风速接近固有频率时，表现为多频振动，轨迹趋于混乱。发电效率随折减风速变化呈现先增大后减小的趋势，其中双自由度风力机的效率高于单自由度风力机。在折减风速Ur=2.4时，单自由度风力机的最大发电效率为25.19%；在Ur=3.4时，双自由度风力机的最大发电效率为57.14%。发电效率受来流风速、振动速度及升阻力系数的综合影响。随着自由度和折减风速的变化，风力机的尾流旋涡脱落模式也有所变化。三维无叶片风力机在展向不同高度的旋涡脱落模式与二维风力机相似，但由于周围流场存在较小的旋涡，能量损失较大，导致其发电效率略低于二维无叶片风力机。

为实现低转速、弱故障和少测点下机械传动系统轴承、转子和齿轮多部件智能故障诊断，提出了一种基于改进振动映射灰度纹理图像和多尺度轻量化卷积神经网络的故障诊断方法。通过对传统灰度图像进行鲁棒局部二值化(Robust local binary pattern, RLBP)得到特征增强的灰度纹理图像。基于标准卷积神经网络(Convolutional neural network, CNN)，通过添加批归一化、多尺度卷积和简化全连接层，构建了多尺度轻量化卷积神经网络(Multi-scale lightweight CNN, MSLCNN)模型。设计了700r/min下单测点故障诊断实验，模拟了轴承、转子和齿轮的7种典型故障。研究表明，所提故障诊断方法的模型参数量为0.30M，浮点运算次数为127.22M，模型大小为1.17MB，平均诊断准确率为98.42%，为数据驱动基于深度学习的机械传动系统多部件故障诊断提供了新的可行途径。

为研究灌浆不饱满缺陷对装配式桥墩抗震性能的影响，制作了三组灌浆套筒连接件并进行拉拔试验，根据试验结果设计了现浇单柱桥墩、灌浆饱满的装配式单柱桥墩和有灌浆缺陷的装配式单柱桥墩等试件，并开展拟静力试验。此外，建立了经试验验证的有限元桥墩模型，并针对灌浆缺陷的长度、位置和数量进行拓展参数化分析。结果表明：灌浆套筒连接件的灌浆缺陷长度超过2.5倍钢筋直径时，破坏模式将发生改变；采用灌浆套筒连接方式将使桥墩试件的极限承载力下降6.8%，而灌浆缺陷会使结构的卸载刚度降低。为使存在灌浆缺陷的桥墩仍有足够抗震性能，应保证灌浆缺陷的长度小于2倍钢筋直径、灌浆缺陷套筒数量占比小于40%、缺陷位置不出现在装配端中部和端部，此时装配式单柱墩的累积滞回耗能降低量可小于10%。

为探究斜盘式轴向柱塞泵振动的发生机理，建立了斜盘式柱塞泵配流副油膜有限元模型，通过试验验证了模型具有高度的准确性，并采用等间距试验法分析了排油口负载压力、缸体转速和斜盘倾角等工况参数对配流副油膜的压力场特性、温度场特性、正压力特性和空化特性的影响规律。研究结果表明：柱塞在吸油区与排油区相互转换阶段，随着排油口负载压力、缸体转速和斜盘倾角等工况参数增大，配流副油膜的局部高压和高温区域面积均增大，油膜正压力增大，油膜空化程度增大，油膜气相体积分数峰值分别由5.61%增至6.32%、2.24%增至3.94%、5.61%增至6.37%，均会加剧斜盘式轴向柱塞泵的振动现象；随着吸油口压力的增大，油膜空化程度降低，油膜气相体积分数峰值由2.99%降低至1.51%，在实际设计柱塞泵时各工况参数的取值存在最优区间。

为精确模拟人体振动响应，提出了一种基于复合铰链约束的坐姿人体多体动力学模型。将人体划分为头颈部、上躯干、中躯干、下躯干和大腿臀部五个主要部分，并通过滑移-转动复合铰链连接各部位。基于运动学递推关系和虚功率原理，建立了坐姿人体多体动力学控制方程。通过对系统非线性动力学方程进行线性化处理，推导了坐姿人体多体动力学模型的视在质量和座椅-头部传递率等关键参数。采用归一化视在质量和座椅-头部传递率的平方加权作为目标函数，利用公开的坐姿人体振动试验数据对模型中的弹簧和阻尼进行了参数辨识。基于所建立的多体动力学模型，分析了坐姿人体振动特性。仿真结果表明，本文模型计算得到的人体振动响应曲线与试验数据具有良好的一致性，所得振动模态能更准确地反映人体实际运动特征。

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空间平板网架结构模型，研究了不同高跨比、柱距及锈蚀率下空间网架结构应力和位移变化规律。通过模拟发现：随着高跨比的增加，最大拉应力和位移逐渐减小(减速渐缓)，最大压应力先减3.5 m空间网架高度下，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，不会导致空间网架高度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空间网架高度失效概率评估，结果表明：在H1L2工况下(高3.5 m、柱距9.0 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%.

研究月球极区含冰月壤的动力学特性和能量耗散规律对探月工程四期任务中探测器的着陆冲击特性、极区含冰月壤的冲击钻进采样具有重要的参考意义。本文以玄武质模拟月壤制备的含冰月壤样本为研究对象，利用直径50mm的分离式Hopkinson压杆测试装置，研究了不同负温、不同含水率在不同冲击荷载作用下模拟含冰月壤样本的动力学特性、动态破坏形态特征和能量耗散规律。结果表明：(1)当温度降低至-25℃、-45℃和-65℃时，动应力-应变曲线初始增长时无压密阶段，负温对模拟月壤样本的变形特性有着显著影响；峰值动应力随温度的降低和冲击气压的增加而增大，表现出明显的温度效应和应变率效应；温度的降低使得冲击载荷所诱发的瞬态温升效应减弱；动态强度增长系数ηd和平均应变率保持着正相关关系，含水率对模拟含冰月壤ηd的影响较大。(2)在相同冲击荷载作用下，模拟含冰月壤的动态破坏机制主要为块状滑面粉碎破坏、脆性断裂破坏和剪切边界破坏。(3)模拟含冰月壤在冲击压缩破坏过程中入射能、反射能和吸收能均呈现先上升后不变的趋势，能量反射系数的增长变化与负温条件、冲击荷载大小有关，能量吸收率与平均应变率随破坏程度的增大而增大。

结合面接触刚度对螺栓松动行为有着显著影响。因此，引入结合面接触刚度模型，建立了考虑结合面接触刚度的螺栓松动模型，并与Nassar模型和螺栓松动试验结果对比验证了所建模型的准确性。基于所建立的模型，深入分析了螺栓尺寸、初始预紧力、摩擦系数及螺距等参数对临界横向载荷与预紧力变化的影响。结果表明：螺栓尺寸同为M12时，临界横向载荷随着初始预紧力、头下端面摩擦系数、螺纹面摩擦系数和螺距的增大分别相对提高了23%、66%和75%和8%，随牙型半角的提高相对降低了20.4%；M10螺栓临界横向载荷随螺距增大而先增后减，相对提高了3.5%；M8螺栓临界横向载荷随螺距增大先保持不变后降低，相对降低了1.1%；在相同的初始预紧力、头下端面摩擦系数、螺纹面摩擦系数、螺距和牙型半角情况下，临界横向载荷随螺栓尺寸的增大分别相对提高了44%、20%、57%、42%和45.6%；松动率随初始预紧力、头下端面摩擦系数、螺纹面摩擦系数和螺栓尺寸的增大而分别相对降低了15%、27.4%、8.7%和22.2%，随螺距、牙型半角和横向载荷幅值的增大而分别相对提高了28.3%、4.3%和11.6%。研究结果为优化螺栓连接设计提供了重要的参考依据。

为研究钢筋混凝土 (RC) 双柱式桥墩横桥向的抗震性能及塑性铰区高度，本文设计了四个不同墩高的RC双柱式桥墩，对其开展了恒定轴力作用下的水平循环往复拟静力加载试验。系统的分析了RC双柱式桥墩的损伤状态、失效机理、滞回性能和塑性铰区高度的影响规律。试验结果表明：随着墩高的增加，RC双柱式桥墩破坏模式由剪切破坏转为弯剪以及弯曲破坏；桥墩的墩顶和墩底均产生明显的塑性损伤区域，特别的，墩顶和墩底的塑性损伤状态出现明显的不对称现象，同时，每个塑性损伤区域的受拉和受压两侧的损伤状态也明显的不同。RC双柱式桥墩的滞回曲线饱满，但是展现出了明显的刚度和强度退化现象。随着墩高的增加，RC双柱式桥墩的刚度和强度明显降低，但是耗能能力、残余侧移率和延性系数没有一致的变化规律。RC双柱式桥墩的临界塑性铰区高度与墩高基本呈正相关的变化规律，且基于现有的反弯点假定以及等效塑性铰模型 (EPHM) 计算结果远低于RC双柱式桥墩的塑性铰区长度实测值。本文研究结果可为RC双柱式桥墩进一步损伤、失效机理的研究以及其抗震设计提供参考。

波数-频率谱是描述湍流边界层壁面脉动压力相关特性的重要统计学工具。为了进一步掌握湍流边界层壁面脉动压力共性特征，从而支撑预测模型构建，需开展湍流边界层壁面脉动压力波数-频率谱归一化研究。首先基于由Lighthill方程推导建立的可压缩基湍流边界层壁面脉动压力波数-频率谱预测模型，通过源项优化推导建立了波数-频率谱归一化方法。然后，在低速风洞中开展平板湍流边界层壁面脉动压力测量实验，通过运用热线风速仪获得了近壁面速度分布特征，支撑了归一化方法构建；利用表面阵列，获得了不同风速下湍流边界层壁面脉动压力自谱、波数-频率谱特征。最后，基于实验数据，验证了所构建的波数-频率谱归一化方法。研究表明通过对预测模型中源项进行合理的优化，可形成波数-频率谱归一化方法构建；表面阵列可以实现对湍流边界层壁面脉动压力自谱以及波数-频率谱的测量，能够较为准确的反映湍流边界层壁面脉动压力的相关特性；通过对波数-频率谱的归一化，验证了归一化方法的适用性，可以认为归一化波数-频率谱与马赫数、雷诺数等无关。此研究可为航空、航海、高铁等工程领域的流致噪声问题研究提供理论支撑。

为了对半潜式风机水平向和竖向的振动进行控制，提出了多向多点位调谐质量阻尼器（tuned mass damper，TMD）的布设方式，即在机舱内布置H-TMD，平台内布置V-TMD。为研究这种TMD布设方式的减振效果，建立了半潜式风机-多向多点位TMD全耦合数值模型，利用OpenFAST仿真分析风浪联合作用下半潜式风机的动力响应。结果表明：布置多向多点位TMD的减振效果要比单点位TMD的减振效果要好，且在机舱内布置低频H-TMD，平台内布置V-TMD为最优布置方案，能够使半潜式风机纵摇、横摇、垂荡、塔架纵向振动的平均标准差控制率分别达到13.97%、32.85%、15.21%、2.86%。

考虑到海上浮式风机(floating offshore wind turbine，FOWT)因存在整体晃动导致背景响应强烈，在频域上有时表现为激励主导，会随载荷频率的变动而变化，在使用传统调谐质量阻尼器(tuned mass damper，TMD)对其进行振动控制时出现频率失调，效果不佳等现象，该研究设计并提出了一种带碰撞的磁流变弹性体变刚度调谐质量阻尼器(magnetorheological elastomer-pounding tuned mass damper, MRE-PTMD)对FOWT实施半主动控制。在该装置中，利用MRE的刚度可调特性，通过半主动控制技术实现阻尼器频率的实时调节，保持对FOWT结构的最优控制，同时引入限位挡板对MRE材料加以保护并实现碰撞耗能。以驳船型FOWT为例建立了包含控制装置的17自由度动力方程，对其在风浪联合作用下的减振性能及参数影响进行了研究，并与传统TMD进行了对比。结果表明，所提控制装置能通过对结构响应的实时跟踪适时调节阻尼器的控制参数，相比传统TMD有更佳的减振性能和适应性。参数分析表明，增大阻尼器质量比是提升MRE-PTMD工作性能的有效途径，通过对阻尼器质量比及碰撞参数的合理设计可在不过多影响减振效果下实现对MRE的保护及装置小型化。

为研究螺旋管式液力惯容器的非线性力学特性，建立了其非线性动力学模型，并通过AMESim仿真和台架试验验证了模型正确性。分析了螺旋管结构参数、工作液体属性及液压缸内泄漏对惯容器作用力的影响，探讨了阻尼力、惯性力特性及失效状态。结果表明：惯容器作用力由惯性力、流体寄生阻尼力和摩擦力构成，流体寄生阻尼力是主要非线性来源。惯容器作用力随螺旋管直径减小、长度增加或粗糙度增大而增大，管壁厚度无影响。橡胶软管相较于金属管对作用力有衰减性。高密度、高黏度工作液体可增大作用力，但高黏度同时会增加摩擦力。活塞杆直径减小会增大作用力，液压缸内泄漏量增大会减小作用力，内泄漏过量将导致装置失效。研究结论为液力惯容器优化设计提供了理论依据。