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。

为了实现对橡胶隔振器隔振性能的仿真预测，针对标准试样的振动传递率进行仿真与测试对比研究。首先，对标准试样进行压缩试验，得到压力-变形数据，基于大变形理论对数据进行处理，得到真实应力-应变曲线，选择Mooney-Rivlin（M-R）模型定义材料属性；其次，搭建振动传递率测试系统，利用激振器激励标准试样，得到实测的振动传递率曲线；再次，根据测试系统搭建仿真模型，基于瞬态动力学分析得到仿真传递率曲线；最后，将测试结果与仿真结果进行对比，从而实现橡胶隔振性能的仿真预测。结果表明，仿真得到的振动传递率曲线与测试结果一致性较高，峰值频率误差仅为4.8%，能够实现仿真预测，为隔振器的优化设计与性能提升提供仿真指导。

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。

考虑机械系统的刚度时变特性，以一类单自由度含间隙刚度时变碰振系统模型为对象，建立其动力学模型及Poincaré映射，并给出数值计算方法。利用数值仿真和最大Lyapunov指数分析时变刚度波动幅值比对系统的动力学响应和特性的影响。结合多初值分岔图、吸引域、相图和Poincaré映射图，应用延拓打靶法研究外激励变化，探究系统的共存吸引子演变与分岔。当分岔参数变化、系统出现共存现象时，揭示了局部吸引子出现与消失的原因以及不稳定吸引子在分岔前后吸引域的分布机制，得出共存吸引子稳定性改变规律。

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。

针对滚动轴承故障的振动信号在强噪声背景下容易受到干扰不易提取的情况，提出了一种基于改进的蜣螂优化器（Improved Dung Beetle Optimizer, IDBO）算法-时变滤波经验模态分解（Time Varying Filtered Empirical Mode Decompo-sition, TVFEMD）与新型小波阈值函数去噪相结合的故障诊断方法。首先，运用IDBO对TVFEMD中B样条阶数和带宽阈值ξ进行迭代寻优，得出最佳参数组合，然后，对原始信号进行TVFEMD，得到各本征模态函数（Intrinsic Mode Function, IMF）分量，通过相关系数准则去除其中的无关分量，重构新信号。随后，运用改进的小波阈值函数对新信号进行二次去噪处理。最后，对处理完的信号进行包络谱分析，提取其故障特征频率。通过仿真模拟信号与故障模拟试验分析研究，实现IDBO-TVFEMD与改进小波阈值函数相结合的故障诊断方法和经验模态分解（Empirical Mode Decomposition, EMD）、集合经验模态分解（Ensemble Empirical Mode Decomposition, EEMD）、完全集合经验模态分解去噪（Complete EEMD with Adaptive Noise, CEEMDAN）方法的对比，研究结果表明，提出的算法模型具备更好的诊断效果。

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。

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。

车辆与路面间相互作用力中的车轮六分力是车路间的唯一耦合，获取车轮六分力是开展整车可靠性与耐久性评价的关键。针对传统的车轮六分力获取方法成本高、周期长、效率低的问题，提出数据驱动的车轮载荷快速预测的方法。首先，针对实车道路非平稳随机信号，采用基于自适应噪声完备集合经验模态分解（Complete Ensemble Empirical Mode Decomposition with Adaptive Noise, CEEMDAN）、排列熵（Permutation Entropy, PE）以及小波阈值降噪（Wavelet Threshold Denoising, WTD）的联合方法进行数据去噪；其次，以轮心加速度、减振器位移、质心加速度等容易获取且获取成本低的数据为输入，设计包含非线性传递关系的不同神经网络架构进行多路面下车轮六分力预测，并建立时域、频域、损伤域多维度载荷预测评估体系；最后，为克服训练样本大且获取代价高的缺点，提出基于神经网络输入与输出相关性-相干性分析的输入通道压缩方法，提出最小载荷信号片段划分指标并确定各路面最小片段时长，进行训练集压缩。经过模型不断迭代，车轮六分力的预测值与实测值较为接近，载荷特征也得以保留，计算效率提高28.85%，证明了最小数据集模型能够以较少的输入通道数量、较短的载荷片段时长复现较高期望的预测精度。

针对某越野车轮毂电机壳体断裂和减重问题，进行了结构强度有限元仿真分析和结构拓扑优化设计。首先，构建整车多体动力学模型，仿真分析确定轮毂电机壳体的载荷边界条件。其次，基于壳体与相连接结构的空间位置关系，建立电机壳体与悬架系统有限元模型，进行了动态仿真分析。随后，利用OptiStruct软件平台，以结构柔度最小化为目标，以优化前后体积比和最大应力为约束，建立电机壳体在多种典型工况下的拓扑优化数学模型，并求解得到最优材料分布方案。最后，对优化结果进行了仿真验证。结果表明，相比现有设计，优化后的轮毂电机壳体结构应力降低40%以上，质量减轻了2.6%，解决了原有的断裂问题，消除了应力集中现象，为类似结构的轮毂电机壳体设计提供了有益参考。