针对双馈风力发电机组滚动轴承长期处于正常情况下缺少故障样本导致的数据不平衡、故障诊断精度低下的问题，提出一种基于扩充高质量故障样本并使用双特征提取的改进生成对抗网络故障诊断方法。首先，将有限个滚动轴承故障样本通过最大均值差异与含惩罚项约束下的沃瑟斯坦（Wasserstein）式生成对抗网络完成故障样本扩充；其次，基于双特征提取模型的方法分别对经时频转换后的时序特征与局部特征进行提取；最后，通过分类器完成滚动轴承平衡数据的故障诊断。标准数据集以及试验结果表明，所提方法故障诊断性能在缺少故障样本的同时也有所提高。

针对涂覆聚氨酯涂层复合材料层合板低速冲击的损伤问题，提出了基于复合材料层合板三维渐进累积损伤的数值分析方法和聚氨酯涂层的屈服损伤准则。首先，建立了冲蚀作用下聚氨酯涂层-碳纤维增强复合材料层合板的损伤数值模型，编写了Vumat子程序。然后，参照ASTM D7136试验标准，对涂覆1、2 mm聚氨酯涂层试样和无涂层试样进行了多种能量冲击试验。同时，利用所提损伤模型研究了纤维损伤、基体损伤、分层等主要损伤的形成原因和扩展规律，揭示了聚氨酯涂层吸收冲击能量的机制。结果表明，所提损伤模型计算得到的力学响应结果与试验结果吻合度较高，证明了所提模型的正确性。并通过对比试验证明了聚氨酯涂层对碳纤维复合材料层合板抗冲击损伤能力的提升效果。研究结论可为飞机防护涂层设计提供参考。

为提高复杂结构轻量化设计的计算效率，提出一种基于Kriging代理模型的复杂结构轻量化设计方法。所提方法融合了混合加点策略和考虑距离阈值的样本删除策略，旨在快速提高Kriging代理模型的拟合精度，进而应用于以最小化构架质量和最大应力为优化目标的转向架构架多目标轻量化模型中。然后，通过第二代非支配排序遗传算法（Nondominated Sorting Genetic Algorithm-Ⅱ, NSGA-Ⅱ）对多目标轻量化模型求解。结果表明，所提出的混合加点策略和考虑距离阈值的样本删除策略有效地改善了Kriging代理模型的更新进程，基于Kriging代理模型的复杂结构轻量化设计方法在计算效率和轻量化效果上具有显著优势。

在偏航过程中偏航位置异常一方面会导致偏航位置误差积累，影响偏航对风精准度或导致电缆过度扭缆而影响安全，另一方面频繁位置跳变或频繁短时位置保持均会产生一定的偏航误差、影响偏航控制稳定性，从而导致偏航系统故障发生频率升高和运维成本增加等问题，因此提出了一种基于数据驱动的故障诊断方法，用于对风电机组偏航位置的异常情况进行预警。首先，针对数据采集与监视控制（Supervisory Control and Data Acquisition, SCADA）系统中的海量数据，采用基于标准化交互增益的Relief-F（Standardized Interaction Gain and Relief-F, SIG-Relief-F）特征算法筛选出用于识别与目标变量（在这种情况下可能是偏航系统故障）具有最强关联性的多个特征参数。这种方法的优势在于能够有效地考虑到特征之间的相关性，最大程度地保留偏航系统故障相关特征与交互特征。其次，建立反向传播神经网络（Back Propagation Neural Network, BPNN）偏航位置预测模型，通过滑动窗口法对残差的分布进行统计，从而确定故障阈值。最后，通过实例验证了所提方法的有效性与准确性，并通过对比多元状态估计技术（Multivariate State Estimation Technique, MSET）和支持向量机（Support Vector Machine, SVM）算法，验证了其具有更优的异常预警性能。研究结果可为实际偏航系统的故障诊断提供参考。

宽温域内轴与球轴承间的间隙随温度升高而增大，同时轴承内部间隙也随温度变化而变化，轴承内圈受到增大的摩擦力矩，使内圈转速降低，从而导致外圈缺陷特征频率出现偏差，不利于球轴承的故障诊断和设备的稳定运行。考虑轴与轴承间的温变间隙，建立了宽温域内含外圈缺陷的轴承动力学模型，分析了模型的时域波形和频谱。仿真和试验结果表明，轴承振动随温度升高而加剧，外圈缺陷特征频率随温度升高而降低。根据工艺要求，适当增加轴与轴承间的过盈量，有利于降低宽温域内轴承系统的振动，提高轴承缺陷频率识别的准确性。研究结果为球轴承在宽温域的使用和健康监测提供了参考。

工业管道常与压缩机、泵等动力设备连接，承载了物料运输、压力传导等重要功能，是工业生产中物料传递的“高速路”。长期过大的振动是管道结构疲劳损伤、安装在管道上的仪表脱落、配套元件失敏等问题的根本原因。对管道振动、噪声及其控制技术的研究，是满足工业生产要求的基本前提。颗粒阻尼器由于其阻尼效果明显、可靠性高、便于安装等优点，常常用于工业管道的振动控制中。然而，颗粒阻尼材料的减振机制、设置方法等尚不完备，导致其减振效果难以预测。首先，研究用于L形工业管道减振的颗粒阻尼器的理论计算方法，分析了颗粒在“等效固体”“等效液体”2种状态下的阻尼耗能机制。然后，按照阻尼器安装位置振动烈度的不同，提出颗粒阻尼器的理论计算方法。研究结果表明，无错位流动的小振动条件下，将颗粒的耗能等效为颗粒与管道之间的脉冲碰撞力以及摩擦耗能；大振动条件下，颗粒之间形成了错位流动，表现出黏滞阻尼效应。理论和试验结果表明，当颗粒阻尼器位于约化加速度Γ≤3.8的环境中时，宜采用碰撞阻尼的方法表征颗粒阻尼器的耗散性能；当颗粒阻尼器位于约化加速度Γ>3.8的环境中时，宜采用多相流的思路预测颗粒阻尼器减振效果。

针对设计标准规定的设计载荷不能真实反映地铁车辆焊接构架实际服役条件，以及大量随车实测数据信息在构架结构设计方面挖掘不充分的问题，基于线路实测的地铁车辆构架薄弱位置处的应力-时间历程样本信息，提出一种抗疲劳设计谱编制方法。首先，采用雨流计数法编制反映构架损伤的实测应力谱，根据疲劳损伤理论确定应力-次数-损伤关系；然后，采用贝叶斯参数估计与核密度估计得到应力外推结果，以有序样本聚类确定小应力门槛值；最后，考虑焊接部位截面突变引起的应力集中，采用热点应力法和应力线性化方法得到应力集中系数，对实测应力谱进行修正，实现设计谱的编制。研究结果表明，根据应力极值外推和归一化的应力-次数-损伤关系分析，确定小应力门槛值为3.18 MPa，相比于由传统方法确定的应力门槛值结果偏大8.19%，小应力循环次数舍弃效果显著；在确保构架满足现役条件的情况下，考虑载荷分散性和焊缝处应力集中系数，确定了设计里程与等效应力的关系，进一步说明设计谱编制的必要性。研究结果为实现构架设计载荷谱编制方法构建和结构等强度设计奠定基础。

滚动轴承跑外圈故障容易诱发传动系统失效。考虑滚动轴承非线性接触力、碰摩力、外圈与轴承座之间的阻尼力等因素，建立了滚动轴承跑外圈故障下的六自由度非线性动力学模型，讨论了跑外圈故障时碰摩力和不平衡力的主导关系，分析了滚动轴承跑外圈故障时的振动特性。仿真结果表明，当发生轴承跑外圈故障时，其特征频率呈现为转轴的转动频率及其倍频成分，实际测试的风电轴承跑外圈故障数据验证了模型的准确性。研究结果表明，滚动轴承跑外圈故障是由于外圈和轴承座之间出现松动，在不平衡作用力驱使下外圈与轴承座之间产生以转频倒数为单位的周期性冲击与摩擦造成的，研究结果可为滚动轴承跑外圈的故障机制分析与故障诊断提供依据。

为评估不同等效应力强度因子模型在复合型疲劳裂纹扩展预测中的表现，以及解决有限样本条件下疲劳裂纹扩展模型参数计算的问题。首先，提出了一种基于Bootstrap法的裂纹扩展参数计算方法，并对标准紧凑拉伸试样进行Ⅰ型疲劳裂纹扩展试验以得到材料参数，并利用所提方法进行样本扩增以解决样本较少的问题。其次，结合样本扩增统计得到的材料参数，采用6005A-T6铝合金紧凑拉伸剪切试样和Richard加载装置，在0°、30°、45°和60°加载角度下进行Ⅰ+Ⅱ混合模式疲劳裂纹扩展试验，以验证不同等效应力强度因子计算模型的准确性。结果表明，Irwin模型具有最高的拟合优度，大小为0.942 1，表现出最佳的裂纹扩展预测效果；加载角度的增加会导致初始裂纹扩展速率减慢，需要不同角度的试验来获取适配的Paris公式参数。研究验证了多种ΔK_eq模型的实用性，为复合型裂纹扩展行为的疲劳寿命预测提供了理论支持。

针对某型号30 MN拉向传感器校准装置的试验断裂事故，设计了一套抗冲击防护装置。首先，基于运动学理论，建立试验工装中试件断裂过程各构件的运动学模型；然后，设计了3个冲击位置处的不同防护装置结构；最后，分别建立3个缓冲结构的有限元模型并进行验证、计算和优化。结果表明，上反力架顶板和上球头处的蛋盒结构防护装置能有效解决防护空间小、冲击力值大等问题；整套装置耗散上反力架59.5%冲击动能、下反力架60.7%冲击动能和下球头100%冲击动能；改进后下球头处的防护装置的初始峰值载荷降低62.7%。