双柔性机械臂由柔性关节和变长度的柔性负载组成，会同时受到柔性、摩擦和参数时变的影响，在运动过程中，它会出现振动的现象，导致末端执行器的跟踪精度降低。本文采用基于干扰观测器的模糊整定PI策略控制双柔性机械臂伺服系统的输出转速，通过控制柔性负载的转速波动间接抑制机械臂的振动。根据假设模态法和拉格朗日原理建立了考虑变形的双柔性机械臂伺服系统的动力学方程。根据鲁棒稳定性理论设计干扰观测器中的低通滤波器，使干扰观测器同时满足控制器参数时变和受控对象参数摄动的稳定性。通过数值仿真分析和双柔性机械臂伺服系统控制实验，验证了所提方法的有效性。实验结果表明，本文提出的控制策略可以更好地消除参数时变和柔性对于输出转速的影响，提高末端执行器的控制精度。

协同性因子是跳跃人群中各单人间动作一致程度的度量指标，是人致结构振动分析中人群跳跃荷载建模的关键参数。现有协同性因子大都是定义在较长时段内的均值参数，其计算依据也是实验室条件下才能获取的地反力或特征点轨迹等，不能准确反映跳跃者个体差异的时变特性，也难以直接应用于实际场景下结构的振动监测。对此，提出了人群跳跃荷载的时变协同性因子，采用计算机视觉中的多目标跟踪技术对跳跃人群进行实时监测，并计算协同性因子。开展了佩戴无线测力鞋垫的多人跳跃实验，通过与实验结果的对比，验证了时变协同性因子的合理性以及多目标跟踪技术的有效性，可用于工程结构的安全运维、人致结构振动分析和人群跳跃时变荷载的模拟。

海上浮式风机是近年来随着海上风电的快速发展，为了捕获深海更丰富、更持久的风能而提出的一种风力发电装置，已成为当今风能开发的主要方向。作为一种多体系统，由于海上浮式风机结构特殊，加上环境复杂，对其进行准确的计算和分析尤为重要。本文对海上浮式风机的耦合动力模型进行了研究，建立了复杂工况下Spar型海上浮式风机改进的14-DOF耦合动力模型，包括气动力模块、水动力模块和结构分析模块等，用于扩展其适用范围和准确计算风机的动力响应，并通过数值仿真对所建模型进行了分析和验证。主要的改进有：不对平台和塔架的转动角度作小量近似，扩展其适用范围；考虑角速度和欧拉角速度的换算关系，不作等化处理。此外，所建模型考虑风机叶片扭转角对叶片变形的影响，得到了较为准确的叶片面内外响应。同时采用线性势流理论对水动力进行计算，较之Morison方程适用性更广。仿真分析表明，本文所建模型可以更准确地计算海上浮式风机系统的动力响应，且具有更广的适用范围。

针对1/3矢跨比胶囊形气膜结构进行了气弹模型风洞试验，研究了结构的风致气弹响应变化规律，并给出了可供设计参考的风振系数。研究发现：结构平均变形呈迎风面凹陷，顶部隆起，横风向向外凸出的趋势，且这种变形趋势随着内压减小和风速增大越来越明显。0°风向角时的平均变形和振幅大于45°风向角时的平均变形和振幅大于90°风向角时的平均变形和振幅，结构合位移均值的极值出现在迎风面与顶面中心点；0°和45°风向角下，顶点竖向振幅>顺风向振幅>横风向振幅，结构以1阶模态振动为主；90°风向角下，顶点横风向振幅大于其他两个方向，结构以1阶和2阶模态叠加振动为主。各工况下结构的内压均有不同程度的减小。最后给出了考虑流固耦合效应的响应风振系数。

II型叠合梁被广泛应用于大跨度斜拉桥建设中，但该类断面较差的涡振性能严重影响了其应用前景。以某主跨为530 m的II型叠合梁双塔斜拉桥为工程背景，通过风洞试验对II型主梁的涡振性能及气动优化措施进行研究。试验结果表明，原设计II型断面在各风攻角下均存在显著涡激振动，通过在断面工字梁下缘处设置导流板与下中央稳定板可降低梁体的涡振振幅，且导流板倾斜角度的改变对该组合气动措施的制振效果影响显著，其中30°倾角导流板组合气动措施的制振效果最优，可在规范要求阻尼比1.0%下显著抑制甚至消除梁体的涡激振动。通过CFD数值模拟对该组合气动措施的制振机理与导流板倾斜角度的变化对组合气动措施制振性能的影响机理进行了研究，计算结果表明，30°倾角导流板组合气动措施中的迎风侧导流板可显著改善上游断面的气体绕流状态，并配合下中央稳定板削弱II型断面尾流的卡门涡脱，从而起到抑制主梁涡振的效果，改变导流板倾斜角度会在影响导流板自身附近旋涡生成的同时，影响下中央稳定板对断面下侧旋涡脱落状态的改善作用，从而对该组合气动措施的制振性能产生显著影响。

为了丰富大跨度斜拉桥模态参数的实测数据库，依托苏通大桥结构健康监测系统采集的数据，采用所建立的模态自动识别和追踪方法，获取了2010年期间该桥的模态参数值，并据此分析了在温度和风速作用下桥梁模态参数的变异性。研究结果表明，大桥主梁模态频率的变化受温度和风速共同影响，随着温度的升高而降低，随着风速的升高而增加。大桥主梁模态阻尼比的变异性显著大于模态频率，低风速下主梁一阶侧弯阻尼比在0.5%~15%之间波动，风速大于9 m/s时逐渐降低并稳定在2%左右。大桥主梁前四阶竖弯阻尼比受气动阻尼的影响较大，在风速较小时随着风速的增加略有增加。研究结果可为大桥的服役性能评估与运营管理提供参考。

为了解决车辆行驶中产生的复杂非线性振动响应问题，建立三自由度人车路耦合非线性动力学模型。基于扭转几何变形非线性特征，利用拉格朗日方程推导出三自由度人车路耦合非线性振动方程，该方程中的正弦和余弦函数项来源于几何非线性扭转变形。针对自由振动，给出非线性恢复力曲面、势能曲面及固有频率解析表达式。针对强迫振动，运用数值仿真方法分析车辆质量、转动惯量、乘客质量、座椅刚度/阻尼、悬架刚度/阻尼、阻尼、质心位置、路面波长及波幅等系统参数对振幅速度响应曲线的影响。搭建人车路耦合振动系统的实验平台，通过振动实验结果验证理论分析与数值结果的可靠性。研究结果表明：该三自由度非线性动力学耦合系统可精确描述人车路耦合系统的响应特性，合理选择系统参数能够有效减小振动响应幅值和提升乘坐舒适性。

时刻存在的海洋波浪侵扰严重影响海洋工程装备的安全运行和服役性能，而海洋波浪能又是具有诸多优点的绿色可再生能源。如何通过混合消波-俘能结构减小波浪载荷的同时利用海洋能源是海洋工程领域的基础科学问题。传统消波-俘能结构尤其是深远海浮式结构存在低频消波俘能难的技术瓶颈。基于减小系统等效动刚度思想，提出非线性混合消波-俘能结构，并开展消波俘能特性研究。设计了一种连杆拉簧负刚度机构并应用于混合消波-俘能结构。为了求解非线性混合消波-俘能结构的波浪-结构物流固耦合问题，提出了混合特征值匹配法和谐波平衡法的半解析非线性频域求解方法。研究了机构关键参数对消波俘能性能的影响，揭示了负刚度机构提高低频消波俘能性能的“相位控制”机理。

以两端简支圆柱壳体为例，研究了考虑正、余弦模态成分影响的圆柱壳体动力响应中的模态参与问题，提出了根据模态参与因子的分布特征判定模态截断阶次的方法，采用正、余弦模态叠加得到了圆柱壳体在冲击激励及旋转行波激励作用下的动力响应，基于响应的收敛性验证了判定方法的可靠性。理论计算与有限元仿真结果表明，与圆柱壳体模态特性分析不同，在求解圆柱壳体动力响应时必须同时考虑正、余弦模态成分的影响；冲击激励作用下，圆柱壳体各阶正、余弦模态在响应中的参与程度与激振点和观测点的位置相关；旋转行波激励作用下，圆柱壳体各阶正、余弦模态在响应中的参与程度与激励的阶次和频率密切相关。

本文在考虑材料参数不确定性的条件下，对连续体结构动力学稳健性拓扑优化设计进行研究。在使结构的第一阶固有频率最大化的同时，显著减小其对材料性能不确定性的影响。基于非概率凸集模型，将材料参数的不确定性用有界区间变量表示；建立了能够抑制频率改变的结构动力学拓扑优化模型，用单层优化策略求解稳健性优化设计问题。通过对材料参数的导数分析，获得了在材料性能不确定情形下结构第一阶固有频率的二阶泰勒展开式，并推导出了频率对拓扑变量的一阶灵敏度显性表达式。基于变密度法，开展了结构动力学稳健性拓扑优化设计，并与确定性优化结果进行对比，验证了用本文方法获得的结构第一阶固有频率稳健性更高，受材料参数不确定性扰动影响更小，展示了考虑材料参数不确定性的重要性。

新型电力系统建设要求缩短抽水蓄能机组的快速响应时间。以具体电站机组为例，研究了正常与快速抽水转发电模式下监控流程的主要差异和机组稳定参数的变化规律。在此基础上，引入反时限振动评价方法对两种模式下的振动峰峰值进行计算，评估了转换模式对机组的影响；采用频谱分析方法对无叶区压力脉动进行分析，发现了低转速下无叶区存在水力共振现象，并揭示了共振幅值、频率与转速的相关性。研究结果表明：抽水转发电快速流程优于正常流程，快速转换模式下的水力制动方式较正常转换模式下的电气制动加机械制动方式流程时间由438 s缩短至220 s，显著提高工况转换效率；在振动对机组损伤方面，14个振动、摆度监测点中13个监测点证明快速转换模式有利于延长机组预期寿命；同时，快速转换模式有利于机组快速通过低转速下无叶区产生的水力共振区，将水力共振时间由15 s缩减至5 s，共振转速区间压缩超过60%。

针对当前传统振动传感器在测量旋转体位移时受限于安装和测点数量等问题，将高速工业相机作为采集媒介，在转子振动试验台上进行转子振动视频的采集，并利用基于多目标跟踪的视觉振动测量方法跟踪多个转子目标的全场振动位移。将注意力机制引入残差神经网络，结合特征金字塔网络结构建立改进的特征提取骨干网络，并利用身份重新识别方法来强化相邻帧间目标位移的关联性，跟踪旋转体全场振动位移信号。在转子振动位移测量数据集上对不同网络模型进行定性和定量的比较。结果表明，本文构建的网络模型在边界框回归时能够获取更为紧密的贴合度；将采集的电涡流位移信号作为标准量进行两个转子位移信号的对比实验，结果表明，本文多目标跟踪算法拟合的波形和频谱噪声最小，且能与电涡流信号相匹配；在目标对象模糊情况下的实验也证明本文算法所具有的泛化性能，这也体现出视觉测量在旋转体振动位移跟踪领域的工程应用价值。

准确评价隔震结构的摇摆响应状态是判断地震作用下隔震支座是否稳定以及结构是否安全的重要基础。根据支座的不同受力变形状态，提出隔震结构的摇摆界限状态，即未提离、提离和摇摆状态，并提出了基于刚体摇摆模型的状态判别方法。通过地震时程分析，讨论了高宽比AR、竖向屈重比α_v、水平屈重比α_h、竖向周期T_v、水平周期T_h、系统阻尼比η等参数对隔震结构摇摆响应的影响，得到了隔震结构未提离、提离、摇摆的界限谱以及各参数对界限谱的影响规律，并通过两个振动台试验进行验证。分析结果表明，摇摆响应随α_v，T_h，η的增加而减小，随AR，T_v增加而增大，其中T_v，T_h对摇摆响应的影响最大，控制摇摆响应最关键的措施是增加T_h、减小T_v。

为解决基础隔震结构中隔震层位移需求过大的问题，提出了一种基础隔震结构（Base Isolated Structure，BIS）+串并联调谐质量阻尼器惯容器（Tuned Tandem Mass Damper-Inerter，TTMDI）的混合隔震体系。采用Bouc-Wen滞回模型模拟隔震层的非线性力-变形行为，基于随机等效线性化和模式搜索优化算法并考虑地震动模型，在频域内建立了BIS+TTMDI体系的优化设计框架。分别从鲁棒性、有效性、刚度和阻尼系数、冲程及对地震频率敏感性方面对BIS+TTMDI体系的性能进行评估，并与BIS+调谐质量阻尼器（Tuned Mass Damper，TMD）、串并联调谐质量阻尼器（Tuned Tandem Mass Damper，TTMD）和调谐质量阻尼器惯容器（Tuned Mass Damper-Inerter，TMDI）进行比较。通过对近场地震动下某七层混合基础隔震结构（包括BIS+TTMDI和 BIS+TMDI体系）的动力弹塑性分析，评价了其减/隔震性能。结果表明：BIS+TTMDI体系具有最好的减/隔震性能和强鲁棒性；而且在BIS+TTMDI体系中TTMDI的总阻尼需求不到BIS+TMDI体系中TMDI的一半，因而更为经济实用。

为了改善浮放物体隔震装置中阻尼力的施加方式，研制出一款阻尼机构。对其构造和工作机理进行阐述，推导出了它的力学特征表达式，并验证了分析模型的准确性。结合某文物隔震装置的目标性能，利用数值方法对阻尼机构的参数进行设计，并对比振动台试验。结果表明：该阻尼机构结构简单，性能稳定；经阻尼参数优化后的隔震装置在满足位移限值的情况下达到了设定的隔震目标；试验与数值分析结果相吻合，证明了阻尼机构参数设计的正确性，同时也检验了隔震装置的安装和运行质量。其中，试验与数值分析结果的吻合程度，尤其是位移时程曲线的吻合程度，可为浮放物体隔震装置的方案对比和质量评估提供思路。

基岩入射波一维和二维时域反演不能反映入射方位角和斜入射角的空间任意性，导致构建的自由场可能与实际偏离较远，因此有必要开展基岩入射波三维时域反演研究。基于波函数组合法，利用基岩中P波、SV波和SH波的入射波时程表达地表控制点自由场，建立基于设计地震动的基岩入射波三维时域反演方法，并进一步构建了多波组合斜入射下的空间非一致自由场，分析了基于一维和二维反演方法构建的自由场偏差，揭示了不同反演和自由场构建方法对于沥青混凝土心墙土石坝地震响应的影响机制。结果表明：基于地震动三维反演方法构建的自由场具有空间非一致性，能够更全面地反映场地的地震动场情况。当入射方位角在0°~60°、斜入射角在40°~90°范围内，与三维反演方法相比，一维反演方法构建的特征点x向自由场偏差较大，位移峰值最大偏差为55.8%；当入射方向与某个水平坐标轴平行时，二维反演方法构建的特征点另一个水平向自由场偏差较大，位移峰值最大偏差为100%。介质泊松比增大，一维反演下x向自由场偏差减小，二维反演下x向自由场偏差增大，特征点位移峰值最大偏差分别为46%和36%。与基于地震动三维反演方法获得的心墙拉应力最大值相比，二维和一维反演下拉应力最大值分别减小了83.3%和20.0%。

以大连实际工程为背景，通过振动台试验研究了双隧道-砂土-桥桩系统在地震作用下的动力相互作用（SSSI），得到结构、场地的动力响应规律，并与ABAQUS数值模拟结果进行对比。数值模型引入Kelvin本构模型子程序，利用等效线性方法处理砂土在计算过程中的非线性问题。将试验结果与数值模拟结果进行对比，验证了数值模拟的可靠性。在此基础上设计了8种工况，通过对比分析研究了体系内各结构之间的相互作用规律。结果表明，隧道会放大桥桩、临近隧道的峰值加速度，而桥桩却会对侧穿隧道的峰值加速度起到减弱作用；隧道与桥桩的存在均会增大彼此的截面剪力与弯矩，其中受影响的区域主要集中在隧道上下拱，桥桩的桩底与桩-土交界面。

提出一种GhostConv轻量级网络模型并将其用于故障诊断。GhostConv利用常规卷积生成一小部分特征图，然后在生成的特征图上进行多次特征提取来生成其余特征图，最大程度地节约了常规卷积中生成冗余特征图的成本，减少了模型参数，保证了模型的性能。采用连续小波变换对振动信号进行时频变换生成二维时频图，之后利用设计的GhostConv搭建轻量级网络模型进行故障诊断。采用凯斯西储大学轴承数据集进行验证，并与其他卷积结构网络模型进行参数量、计算量以及识别准确率的对比。实验结果表明，与其他模型相比，所使用的网络模型在参数量和计算量较少的条件下依旧有较高的识别精度，且具有较好的鲁棒性和泛化能力，具有一定的工程应用价值。