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。

针对齿轮箱振动噪声问题，采用多目标拓扑优化，优化箱体结构。首先，提出使用博弈论综合层次分析和灰色关联，即组合赋权法分配子目标最优权重值，同时对比3种赋权法优化结果的迭代曲线，验证组合赋权法的优越性。然后，使用折衷规划法归一化子目标得到综合目标函数。最后，根据拓扑优化结果、应力位移云图和模态振型改进箱体结构，改进后箱体相较于原箱体：箱体质量减轻11.2%，箱体最大应力下降39.6%，位移下降5.1%，节点位移幅值响应下降82.8%，前4阶频率均有所上升。所提权重分配方法改善了子目标权重值分配可信度不高、忽略主观判断等缺点；实现了箱体的轻量化；箱体结构改进后静动态性能大幅提升。

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。

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。

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。

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。

飞机进气道结构与发动机套筒之间使用沉头铆钉连接，在检修中发现部分铆钉发生疲劳断裂问题，分析认为制造过程中因铆钉孔垂直度不合格导致铆钉偏斜，造成铆钉承载能力降低，受机身振动影响引发疲劳断裂。通过有限元仿真方法研究铆钉孔倾斜对铆钉承载能力的影响，结果表明，铆钉孔倾斜会造成铆钉截面应力分布不均，且倾斜角度越大，铆钉头截面的铆钉最大应力和应力分布不均匀程度越高。不同倾斜角度下的铆钉轴向载荷疲劳试验表明，铆钉孔倾斜会造成轴向交变载荷下铆钉疲劳寿命的缩减。研究结果表明，制孔及锪窝工艺中铆钉孔垂直度不合格会造成铆钉截面内应力分布不均，降低铆钉承载能力，在飞机制造过程中应严格控制铆钉孔垂直度，以确保铆接结构的可靠性。

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。

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。

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。