吸气式高超声速飞行器进气道存在边界层转捩、流动分离、及激波/边界层干扰等复杂流动现象，对这些复杂流动现象的深刻认识及有效控制是实现高超声速飞行器有效工作与性能提升的关键。首先对超声速进气道内的被动和主动流动控制技术的研究进展进行综述，对其在超声速进气道激波/边界层流动控制的使用效能及其缺点进行了描述。同时，随着高超声速飞行器研制向宽速域、大空域及高马赫数方向迈进，以往传统的进气道主、被动流动控制技术难以满足高超声速飞行器在宽域工作条件下的性能随控需求，继而以等离子体为代表的多场耦合控制方式成为当前超声速进气道流动控制的研究热点。然而，限于现有的试验测试手段难以开展超声速等离子体激励激波/边界层相互作用的精细流动控制机制研究，仍存在许多值得探讨的地方，文章在综述的同时对下一步研究提出相关建议。

近十年来，民航飞机的重着陆事故引起了广泛关注，约1/3的民航飞机安全事故与着陆相关，其中重着陆事故几乎占着陆事故的1/5。重着陆不仅对飞机结构造成损害，严重时甚至会导致飞机毁坏或人员伤亡。然而，关于重着陆的统计数据仍不足。本研究通过定量标准、仿真分析和机器学习方法，系统研究了重着陆的判定标准及其对飞机结构的损伤模式，并通过对波音737、空客A320等主流机型过去十年内53起典型重着陆事故进行了详细统计与分析。研究结果表明，重着陆事故通常会对飞机的起落架、机身、机翼等关键部件造成不同程度的损伤；不同类型的重着陆事故对飞机结构的破坏程度差异显著。

随着民用客机设计技术的发展，当今客机设计的重点开始从结构安全性向客舱舒适性过渡，振动舒适性是其中的重点因素之一。从民机乘员振动舒适性角度出发，开展了某型客机在空中巡航、低空飞行、及跑道滑跑3种运行工况下的振动传递路径试验，基于试验数据搭建了振动传递路径模型，并研究了影响客机振动舒适性的关键因素，得出了以下结论：空中巡航、低空飞行工况，客舱内振动响应主要来源于发动机转子基频和二倍频处激励与结构耦合；跑道滑跑工况，客舱内振动响应主要来源于低频范围（特别是50 Hz）左右主起落架激励与结构耦合。此次试验不仅为客机客舱的减振、隔振设计提供了依据，还填补了国内以客机全机为对象的振动舒适性测试、验证平台的空白。

大挠性航天器所携带的大型挠性附件具有体积大和刚度低等特点，导致大挠性附件振动会严重影响航天器的姿态控制。对此，将模糊控制和信息融合预见控制结合，设计了基于模糊的信息融合预见姿态控制器。依据信息融合理论，通过融合航天器期望轨迹和动态方程等信息推导了航天器的最优预见姿态控制律。此控制策略具有设计过程简单、计算量小且易于实现的特点。针对在实际工程中执行机构存在输出力矩受限问题，采用模糊控制在线调整控制律的相关参数，以使控制量满足受限要求。仿真结果表明所设计的控制策略可使挠性附件振动快速衰减，航天器姿态角能准确、快速地达到期望值，具有较好的控制性能，可为大挠性航天器姿态控制的工程应用提供借鉴。

高超声速飞行器在飞行过程中，面临着极高的气动阻力和加热作用，对飞行安全和稳定造成威胁。采用灰色田口法开展构型参数对高超声速飞行器减阻降热性能影响的研究，以减阻杆长径比、气道直径比、气动盘直径比、侧喷角为尺寸因子，飞行阻力、钝体峰值压力系数、斯坦顿数为响应目标进行正交试验，通过计算流体力学（computational fluid dynamics，CFD）数值计算获得响应结果。研究表明：飞行阻力受减阻杆长径比的影响最显著，受侧喷角的影响最小。对于钝体峰值压力系数和斯坦顿数，尺寸因子表现出相同的影响等级，两者受到气动盘直径比的影响最显著，其次是减阻杆长径比。增加减阻杆长径比和气动盘直径比均能提升飞行器的减阻降热综合性能，但提升效果随着尺寸的增大逐渐减弱。相比于正交设计的最优构型，采用灰色关联法优化出的最佳构型综合性能提升了4.6%。

通过将金属薄壁管及蜂窝结构相结合，提出了一种四方蜂窝夹芯圆柱壳结构。通过实验以及有限元分析软件ABAQUS/Explicit研究了四方蜂窝夹芯圆柱壳在径向压缩载荷作用下的力学行为。通过对比验证了有限元模型的准确性，分析了结构在径向压缩载荷作用下的变形模式，探讨了该结构的增强机理。研究表明，四方蜂窝夹芯圆柱壳结构在径向压缩载荷作用下会经历弹性阶段、塑性阶段和折叠压溃3个变形阶段；结构主要通过塑性铰的形成以及芯体褶皱来耗散更多的压溃能；相较于单层圆柱壳及芯体的简单叠加，四方蜂窝夹芯圆柱壳的承载能力和能量吸收都得到提高，且结构主要通过塑性铰的形成进行耦合增强。进一步参数化讨论结果表明，无量纲芯体壁厚的增加将提高四方蜂窝夹芯圆柱壳的峰值力和比吸能。

面向大功率海上风电支撑结构抗扭承载力需求，研究了大空心率、大锥度和超限径厚比圆锥形中空夹层钢管混凝土（tapered concrete-filled double skin steel tubular，TCFDST）构件的扭转受力全过程机理，该类构件扭矩-转角曲线可划分弹性、弹塑性、塑性强化和破坏4个受力阶段；阐明了关键因素对TCFDST构件极限扭矩和刚度的影响规律，其中空心率、钢材和混凝土强度与扭矩和刚度呈正相关，内、外钢管径厚比对扭矩和刚度呈负相关，轴压比小于界限值时与承载力和刚度呈正相关，反之呈负相关；提出了“双薄壁分层筒”理论用于计算TCFDST构件扭矩-转角全过程曲线；结合我国规范和文献有关扭转承载力计算公式，建立并验证了适用于圆锥形和直筒形中空夹层钢管混凝土构件抗扭承载力计算的分层积分法，分析了不同方法计算压扭相关性（N-T）曲线的差异性。研究结果可对大空心率、大锥度及超限径厚比的圆锥形中空夹层钢管混凝土构件在风电工程的工程应用提供有益参考依据。

陶瓷燃料在高燃耗条件下产生大量裂变气孔，气孔中的裂变气体释放至裂纹空腔对裂纹扩展行为具有较大的影响。开发了一种变内压作用下的裂纹动态扩展模型，实现了裂纹空腔内压与裂纹扩展过程相互耦合作用的动态开裂技术。内压大小随裂纹扩展而变化，同时开裂行为受内压大小的影响。并将此模型成功应用于高燃耗结构陶瓷燃料颗粒内的开裂行为模拟，研究了裂变气体释放对裂纹扩展的力学作用。基于全局内聚力单元模拟了裂纹产生和扩展过程，建立了气体释放对裂纹扩展力学作用的研究方法，分析了气体压力对燃料颗粒内部裂纹产生和扩展过程的影响。结果表明，气体总量不变情况下气体释放至裂纹空腔会基于气体压力和裂纹几何特征对裂纹扩展产生抑制的效果。对于不同气体初始压力的情况，气体初始压力越大，止裂时裂纹扩展长度越长。该动态裂纹模拟技术为精确研究弥散型燃料芯体失效提供了分析方法及数值参考，也为载荷与裂纹扩展相耦合的情况提供一种研究方法。

为了在细观层面上研究骨料不规则程度对混凝土力学性能及破坏形态的影响，采用Python程序二次开发了ABAQUS生成尖锐程度不同的随机分布骨料模型，分别建立零厚度cohesive单元与可变厚度的实体界面过渡区（interface transition zone，ITZ）。首先通过改变网格尺寸和加载垫块与混凝土间的摩擦系数确定合适的参数，并与实验对比验证模型的可靠性，随后分析2种ITZ建模方式的优劣，最后对三维细观混凝土模型进行单轴受压模拟，从应力-应变曲线、破坏形态、能量耗散方面进行分析。结果表明：零厚度cohesive ITZ与实体厚度ITZ模型都可预测混凝土抗压强度，具有实体厚度的ITZ模型的应力-应变曲线及破坏形态与实验更加贴合；混凝土破坏形态受骨料形状参数影响明显，球形骨料模型内部与表面均为贯穿式裂缝，多面体骨料模型应变能较大，混凝土内部微裂缝较多，容易受压破坏成更多的碎块；随着骨料不规则程度的增加，混凝土抗压强度略有提高但峰值应变不受影响。

采用第一性原理计算，研究了掺杂元素（Re，Ru）含量对Ni-Al二元模型单晶高温合金稳定性和占位倾向的影响。结果表明，随着Re和Ru元素含量的增加，体系的总能量逐渐降低，说明体系的稳定性得到了提高。同时，使用Ru替换Ni的体系的稳定性最低，Re替换Al的体系的稳定性最好，Re和Ru均更倾向于替换Al，这与之前的实验结果一致。并且当Re和Ru元素含量占比约为1.4%替换Al时，替换形成能相较于其他含量的Re和Ru是最低的。此外，通过去除Ni-Al二元模型中的一层原子，获得了2种不同的层错模式。对于这2种层错模式的研究表明，用Re和Ru替换Al可以使体系的稳定性得到提高，且含Re的体系更稳定，替换形成能也比Ru替换Al更低。然而，对于不同的层错模式，使用Re和Ru替换Al，当体系稳定性最好，替换形成能以及层错能最低时，所需Re和Ru的含量不相同。使用Re替换Al，层错体系具有更好的稳定性，但稳定性最好的体系中Re的含量取决于所选择的层错模式。

为了提高钢筋混凝土（reinforced concrete，RC）框架的抗侧能力，提出RC框架-框桁式复合墙（frame truss composite wall，FTCW）结构，并对2个缩尺比例为1∶2的RC框架-FTCW试件进行了拟静力试验。通过试验现象、滞回曲线、骨架曲线和刚度退化曲线，对其承载力、延性、刚度退化等抗震性能进行了分析。通过ABAQUS软件对可能影响RC框架-FTCW骨架曲线的因素进行了拓展研究，包括不同内填FTCW数量、框架柱配筋率、轴压比、混凝土强度、内嵌角钢及内填墙片布置方向。结果表明：内嵌墙体先于RC框架被破坏，而在墙体内部，内斜撑先于外框被破坏，从而形成一个多级能耗系统，达到抗震设计的目的；提高RC框架-FTCW承载力最有效的方式是增加内填FTCW的数量，其次是增大框架柱的配筋率，而增大轴压比和混凝土强度或在FTCW中内斜撑增设角钢对承载力的提高作用较小；另外，FTCW布置方向的影响是不可忽略的，FTCW的数量和位置应该对称布置。

为增强钢筋混凝土柱的抗震性能，提出了埋入钢丝网增强混凝土柱的方法。设计浇筑了1个钢筋混凝土柱、4个钢丝网增强柱和1个箍筋加密柱共计6个试件，对试件施加了恒定轴向压力并实施了水平拟静力循环往复荷载，测试了各试件的破坏形态、裂缝分布、滞回特性、延性和耗能能力等。对比分析了含钢量相同的钢丝网增强试件和箍筋加密试件的抗震性能，探讨了钢丝网层数和配置高度范围对构件抗震性能的影响。研究结果表明：适当配置钢丝网能够有效限制柱身贯通裂缝和“对角裂缝”的形成和发展，使试件的弯剪破坏模式转换为弯曲破坏模式。因此，相比于对照试件和箍筋加密试件，钢丝网增强试件表现出更大的初期刚度、更好的延性变形和累计耗能能力。研究结果初步明确了钢丝网层数、高度范围与试件延性变形能力、刚度退化、耗能能力的关系，相关成果可为埋入式钢丝网增强混凝土柱的设计提供参考。

基于Euler-Bernoulli梁理论的经典纤维模型忽略了剪切变形给截面带来的影响，为了建立更加精确的钢筋混凝土纤维梁单元徐变分析方法，基于考虑剪切效应的纤维梁单元，根据Timoshenko梁理论，推导了该纤维梁单元的刚度矩阵，利用混凝土徐变分析的初应变法，导出单元徐变等效节点力的有限元列式，最终建立了钢筋混凝土纤维梁单元徐变分析的有限元方法。利用FORTRAN语言编制了计算程序，进行了普通梁与钢筋混凝土梁的弹性分析，以及钢筋混凝土梁的徐变分析，分别与解析解、ABAQUS有限元解以及其他文献解进行了比较。结果表明：该方法在准确计入剪切效应的同时，能清晰界定钢筋与混凝土在钢筋混凝土梁徐变性能中的行为；同时也表明钢筋混凝土梁徐变分析模型中计入钢筋能有效提高计算结果的精度。

为探究黄土与土工合成材料界面的力学特性，对加筋黄土工程设计提出针对性建议，本研究采用大型结构面剪切仪开展土工格栅-黄土界面直剪试验，研究黄土含水率和压实度对筋土界面剪应力-剪切位移关系、抗剪强度指标和剪切带厚度的影响，分析其机理，并探讨土工格栅-黄土界面本构模型。试验结果表明：随含水率增加（不超过塑限），土工格栅-黄土界面的剪应力-剪切位移曲线从软化型向硬化型转变，界面黏聚力和摩擦角均显著下降，界面抗剪强度随之降低，剪切带厚度增大；黄土压实度对筋土界面抗剪强度影响较小，但对剪切带厚度影响显著，压实度达到90%时剪切带厚度大幅增加，建议加筋黄土工程的填土压实度不低于90%；土工格栅-黄土界面剪切带厚度的最大值约为3 cm，剪切带厚度沿剪切方向不断降低，在加筋黄土挡墙中表现为面板处筋土剪切带最薄，建议采用柔性或整体性较好的面板；双曲线界面模型可以较好地反映土工格栅-黄土界面的剪切行为。

现有高速列车所用的抗蛇行减振器为被动式的油压减振器，其阻尼特性无法根据车辆服役状态和运行环境的变化而调整，使车辆的平顺性和稳定性无法适应车况和环境的变化。基于磁流变技术的半主动式减振器结合智能控制技术可以解决这一难题。本研究根据高速列车抗蛇行减振器的技术要求和磁路要求设计了一种三线圈的磁流变阻尼器。首先建立了磁力耦合仿真模型，然后对阻尼器内部的磁场分布、流场状态以及压力分布进行仿真，并测试了不同电流、振幅和频率以及线圈通电方式下的阻尼性能。结果表明，该阻尼器的磁路设计合理，符合抗蛇行减振器的技术要求，其最大出力可达到46 kN，可调动态系数为28。此外，针对线圈间存在的磁耦合现象进行探讨，发现0.69倍线圈宽度的间距是该阻尼器的临界距离，远离这个距离会导致有效阻尼通道处磁场分布不均匀，这种磁场的改变会随着磁回路中某个部分达到磁饱和而停止。

为深入认识双圆形孔洞对岩石的力学特性及裂纹扩展过程的影响，采用颗粒流程序PFC^2D构建了含双圆孔类岩石试样的单轴压缩模型，根据试验和模拟得到的宏观力学参数的对比验证了数值模型的正确性和合理性。然后，对含双圆孔试样的裂纹扩展过程以及圆形孔洞周围应力场的演变过程进行了分析。结果表明：数值模拟与试验结果吻合良好；圆孔的上下两端首先萌生初始拉伸裂纹，随着轴向应力的增大，通常在孔壁左右两侧形成结构薄弱区，初始拉伸裂纹的萌生方向都为轴向加载方向，与桥角α无关，但试样的强度和破坏形态受到桥角α的影响；初始拉伸裂纹在受拉应力集中区萌生，随着初始拉伸裂纹的扩展，圆形孔洞上下两端的拉应力集中区域相应地移动和消散，应力分量σ_yy的受压应力集中区位于圆形孔洞的左右两侧，而在圆形孔洞的上下两端则形成了一个“梭形”的压应力集中屏蔽区，且与圆形孔洞垂直中线的距离越近，屏蔽效果越强，压应力越小。

新旧混凝土界面粗糙程度是影响其剪切性能的关键因素之一。本研究基于分形理论，表征与量化了新旧混凝土界面的粗糙度，并采用蒙特卡罗方法和骨料级配理论，建立了不同分形维数界面的新旧混凝土随机骨料几何模型。通过局部嵌入零厚度内聚力单元模拟粗糙界面的力学行为，分析了网格尺寸、骨料随机分布、分形维数、法向压力、界面材料参数对新旧混凝土粗糙界面剪切性能的影响。结果表明：模型网格尺寸和骨料随机分布形式对新旧混凝土界面剪切性能没有显著影响；随着分形维数的增加，界面抗剪强度先增大后减小，同时法向压力越大，抗剪强度最大值对应的分形维数逐渐减小；相同分形维数下，抗剪强度随法向压力增加呈线性增长的趋势，法向压力相比于分形维数对界面抗剪强度的影响更加显著；当分形维数越大时，裂纹更易向旧混凝土区域深处进行延展，同时增加新旧界面强度、断裂能大小能有效提高界面的剪切性能。

在钢混组合结构中，由于存在一定的界面滑移及腹板剪切变形，平截面假定不再适用。为科学研究剪切变形及界面滑移对组合梁挠度及界面滑移的影响，通过Goodman假定和Timoshenko梁双广义位移假定，引入组合梁的应变关系和单元微段力学平衡，推导了考虑剪切变形及界面滑移的双倒T型钢-混组合梁弹性弯曲微分方程，并基于等效弹簧模型和等效杆系弹簧模型推导了腹板嵌入式连接件弹性抗剪刚度理论计算式。利用已知的组合梁变形及约束条件，求得简支组合梁在跨中集中荷载作用下的挠度及滑移解析解，并通过4根不同参数的双倒T型钢-混组合梁试验结果进行验证。结果表明：理论计算所得挠度、滑移值与实测值吻合较好，同时验证了腹板嵌入式连接件弹性抗剪刚度理论计算式的正确性；在高跨比为1/10的双倒T型组合梁挠度变形中，弯曲引起的挠度值约为总挠度的56%，界面滑移引起的挠度值约为总挠度的36%，剪切变形引起的挠度值约为总挠度的8%。本研究综合考虑了剪切变形及界面滑移对组合梁挠度及滑移的影响，相比于不考虑剪切变形及界面滑移的模型结构具有明显的改善。

基于修正的应变梯度理论和精化高阶剪切变形理论，建立了包含3个材料尺度参数和2个位移场变量的矩形微板自由振动模型，推导了对应的控制微分方程。利用Navier法获得了四边简支矩形微板自由振动的解析解。融合Gauss-Lobatto求积准则和微分求积准则，构造了一种4节点72自由度的微分求积有限元，以求解微板在一般边界条件下的自由振动。通过典型数值算例，验证了本研究模型的有效性，探讨了边界条件、材料尺度参数、长宽比、长厚比等对微板振动频率及模态振型的影响。结果表明，矩形微板各阶振动频率和部分模态振型呈现出尺度效应，且其强弱受到边界条件和几何尺寸的影响。

研究柔性腿无缘轮被动动态行走器建模，并分析阻尼系数对系统动力学的影响。根据行走器的几何特征，选择独立广义坐标描述系统的位置，使用第二类拉格朗日方程建立柔性腿无缘轮被动动态行走器的动力学模型。对柔性腿的结构和物理性质进行分析，得到腿与地面的冲击阶段伸缩腿的切向发生冲击，而径向不传递冲击力的结论，并提出部分冲击假设条件下的状态跳变模型。采用不同的阻尼参数进行柔性腿无缘轮被动动态行走的数值仿真，结果验证了所提方法的有效性。选择较大的阻尼系数，周期行走的双支撑阶段占整个行走周期的77.6%，单支撑阶段占整个行走周期的22.4%，斜坡角度在0.1~0.7 rad范围内可以实现周期行走。柔性腿无缘轮可被动动态行走的斜坡角度，随着阻尼系数的减小而减小。

为描述瞬态入渗下圆台形基坑主动土压力沿深度的分布规律，基于非饱和土的广义有效应力强度公式和瞬态入渗下的基质吸力，建立了圆台形基坑主动土压力的滑移线方程，继而采用差分迭代法获得了瞬态入渗下非饱和土圆台形基坑主动土压力的滑移线解答，最后对所得滑移线解答开展准确性验证和影响因素分析。研究结果表明：所得滑移线解答相比现有解能合理考虑瞬态入渗（时间、入渗率、吸应力非线性分布）、土体类别（砂土、粉土、黏土）、基坑模型参数（墙壁倾角、墙土摩擦角）和环向应力系数对基坑主动土压力的综合影响，其准确性在特定条件下得到文献饱和土圆台形基坑主动土压力滑移线解答（吸应力为0时）、瞬态入渗下平面挡墙主动土压力极限平衡解答（基坑半径趋于无穷时）的退化验证；时间、入渗率对黏土基坑主动土压力大小及分布的影响最明显，对粉土基坑主动土压力的影响次之，而对砂土基坑主动土压力的影响可忽略不计，这是由不同土体的吸应力非线性分布造成的；基坑主动土压力随着墙壁倾角、墙土摩擦角、环向应力系数的增加均显著减小，且沿深度的分布及变化与土体类别密切相关。