功能函数的概率分布计算是不确定性量化及可靠度设计中的核心问题，最近提出的等效期望法是解决该问题的有效途径。本文提出了一种改进的等效期望法。针对既有等效期望法中的辅助变量取值对其概率分布有重要影响的问题，提出了辅助随机变量标准差系数的合理计算公式，得到了更为精确的辅助函数的概率分布。同时，针对既有等效期望法中由两个辅助函数的概率分布计算功能函数的概率分布时存在的计算精度问题，本文仅用一个辅助函数推导了功能函数概率分布的计算公式，提出了一种由辅助函数到功能函数的概率分布精确理论变换，使得功能函数概率分布的计算更为精确。最后通过三个算例验证了该方法的有效性和准确性。结果表明，该方法适用于高维非线性或隐式功能函数的概率分布近似计算。

过小的边缘构件截面易出现钢板剪力墙的内拉现象，难以充分发挥防屈曲钢板剪力墙的抗震性能，边缘构件截面设计与其内力需求相关，分析边缘柱的内力需求显得尤为必要。基于提出的带多块混凝土板的防屈曲钢板剪力墙，本文理论推导了带多块混凝土板的防屈曲钢板剪力墙边缘柱内力的解析计算表达式，结合已开展的带多块水平拼装的混凝土板的防屈曲钢板剪力墙试验研究，建立并验证了其数值模型，进一步对比了数值分析和解析计算得到的边缘柱的内力分布情况。研究结果表明，带多块混凝土板的防屈曲钢板剪力墙的内藏钢板划分为约束区域和非约束区域。边缘柱的轴力、剪力及弯矩分布的解析计算结果与数值分析结果较为接近，边缘柱的内力计算表达式正确。研究成果可为该类钢板剪力墙的设计提供参考。

针对耦合Lemaitre各向异性损伤理论的Chaboche型粘塑性本构模型提出了一种简单的数值实现方法。使用解耦的算法，在每个增量步开始时基于向前差分格式更新损伤张量，并在本构方程离散化的过程中将其视作常量。基于应变等效假设，在有效偏应力空间中构建只含有偏张量的方程，将径向返回过程简化为求解一个关于累积塑性应变增量的非线性标量方程。基于voigt表记法格式给出了数值实现方法及一致切线算子的推导过程。在单轴和多轴应力状态下与实验数据和各向同性标量损伤模型模拟结果之间的对比验证了该方法的有效性与高计算效率，不同时间步长下的数值结果也表明该方法具有较好的准确性和稳定性。

压电材料具有作动迅速、易于制备和能耗低等优点，使用压电材料对结构进行振动控制能够改善结构性能，研究发现，压电材料的分布能够显著影响控制效果，许多学者使用拓扑优化技术对压电材料或控制电压的布局进行优化。在压电智能结构拓扑优化中，引入多种控制系数作为设计变量，能够获得更大设计空间，进一步提升控制效率。本文基于离散材料优化方法DMO（Discrete Material Optimization）研究了简谐激励作用下压电层控制系数最优分布问题。使用速度负反馈控制策略进行主动控制，选取能够有效衡量结构振动程度的动柔度作为目标函数，设计变量为每对压电传感器和压电致动器的速度负反馈控制系数，使用伴随变量法进行灵敏度分析，最后给出了两个数值算例来验证所提方法的正确性。

利用分数阶导数修正Zener标准流变固体模型，考虑桩周土的瞬时流变效应构建桩-土系统竖向耦合振动模型。采用Laplace变换和势函数分解方法推导系统动力控制方程的频域解析解，再通过Laplace数值反演得到桩顶瞬时激励下的时域响应。利用退化模型和有限元模型对本文方法的有效性进行验证，而后通过数值算例分析流变性黏土地层中端承桩竖向振动的位移、动刚度和动阻尼的频域特征，以及桩顶瞬时激励下的波动响应。研究发现，土体流变效应使桩顶位移、动刚度和动阻尼在频域中的幅值减小；土体流变效应造成瞬时激励下桩顶响应幅值减小，反射波信号减弱。

缝内支撑剂运动属于狭长空间中的稠密颗粒流问题，两流体法在该类矿场尺度颗粒流的数值模拟研究上极具应用前景，但其现有的固相应力模型尚无法准确描述支撑剂堆积过程。本文通过实验分析了支撑剂堆积在液流冲刷下形态变化的物理过程，指出黏聚力对堆积状态改变的重要影响。在此基础上，结合支撑剂输送数值模拟和支撑剂悬浮液黏度测试结果，分析颗粒径向分布函数对固相运动压力的影响以及固相总压力变化趋势，确定固相摩擦压力随颗粒体积分数的变化速度；基于颗粒物质力学理论和支撑剂堆积直剪试验结果，将支撑剂堆积黏聚力考虑到固相摩擦黏度模型中。研究表明，改进后的固相摩擦应力模型能够捕捉更大的堆积剖面角和沉降剖面角，从而正确模拟支撑剂堆积过程。

损伤与断裂是导致结构失效的主要原因，对工程安全有着重大影响，其中裂纹扩展问题也是目前亟需解决的基础性科学难题。本文介绍了能够模拟损伤与断裂的相关理论基础如断裂力学模型、损伤演化模型，以及数值计算方法如有限元法、边界元法和近场动力学理论等。在此基础上，对常用的结构损伤与断裂分析CAE软件进行了综述，包括通用有限元程序如ABAQUS自带的损伤与断裂分析模块，以及专用的断裂分析软件、损伤容限工具和疲劳寿命分析工具等。讨论了部分自主的CAE软件的发展现状。最后，分析了用于损伤与断裂模拟的CAE软件面临的一些挑战，并展望了国产CAE软件未来的发展方向。

为研究双金属复合管在外部硬物作用下的凹陷演变过程及界面分离机理，建立了压头作用下复合管受力模型，研究了内管和外管径厚比、成型压力、初始成型间隙和运行内压对复合管凹陷及界面分离的影响。结果表明，复合管界面分离距离和回弹率与内管径厚比、成型压力和初始成型间隙成正相关，与外管径厚比成负相关；运行内压越大，界面分离量越小，但回弹率越大；对凹陷管道内部进行充压可减小界面分离量，运行压力2 MPa的复合管分离量比充压2 MPa工况小5%，两种工况分离量差值随着压力增加而降低；相邻凹陷的发生会导致中间管段界面分离量增大，比单凹陷造成界面分离范围更广。

流体冲击障碍物的非等温复杂流动在核能利用等工业过程中十分重要。本文耦合密度耗散项、人工粘性项、粒子位移修正等多种数值技术，建立起一种稳定和准确的非等温SPH格式，实现流体冲击障碍物非等温复杂流动的精确模拟。通过非等温圆柱绕流、绕单/多障碍物非等温溃坝的模拟，表明本文建立的SPH格式不仅能计算出光滑的压力场，避免数值解的虚假振荡，还能给出准确的温度场分布和关键物理量；且能准确预测热传导过程和自由液面复杂演化的相互作用，具有模拟绕多障碍物非等温复杂流动的能力。

为研究腹杆剪切变形对钢桁腹组合箱梁挠度的影响，首先将钢桁腹组合箱梁分解为由上下翼板和钢桁架组成的叠层梁，引入腹杆剪切变形转角函数建立钢桁腹组合箱梁在荷载作用下的解析模型，以简支梁为例求解挠曲变形解析解；其次为简便计算组合箱梁跨中挠度，结合初等梁理论及解析解求得截面有效刚度，并利用有效刚度求解跨中挠度；最后分析了组合箱梁在不同荷载工况下的挠曲特性，并与初等梁理论进行对比；在此基础上分析了腹杆直径、腹杆壁厚、腹杆倾角等构造参数对有效刚度的影响。结果表明，腹杆变形对钢桁腹组合箱梁挠度的影响不可忽略，采用初等梁理论计算组合箱梁挠度的最大误差达到了13.61%，考虑腹杆剪切变形得到的解析解计算结果与有限元更接近，最大误差为6.24%；利用截面有效刚度可有效预测跨中挠度，与解析解最大误差为3.64%；构造参数对有效刚度的影响中，腹杆壁厚影响最大，其次是腹杆直径、腹杆倾角；此外，有效刚度与腹杆直径及腹杆壁厚呈正相关，而与腹杆倾角呈负相关。