水下智能材料驱动柔性结构在机器鱼、水下航行器及精密医疗等领域具有广阔应用前景。本文研究了水下大振幅压电纤维（Macro Fiber Composite，MFC）致动柔性结构的非线性流体动力特性，建立了流固耦合振动模型，并进行了实验验证。通过参数化的二维CFD分析了不同特征振动频率及振幅下柔性结构周围流场的分布演化规律，发现随着柔性结构特征振幅增大，其周围流场逐渐出现了涡旋脱落及对流现象，且流体阻尼效应的非线性随之增强。提出了由特征振动频率和振幅共同确定的非线性修正流体动力函数解析表达式，分析结果表明：在小振幅情况下，修正流体动力函数虚部也就是流体阻尼效应随着特征振动频率的增大而减小；而当特征振幅增大到一定值后，流体阻尼效应随着特征振动频率的增大却呈现出先减小后增大的变化规律，具有强烈的非线性特性。开展了水下MFC致动柔性结构振动特性验证实验，证实柔性结构在MFC主动激励下的实测幅频、相频特性与理论预测结果基本一致，验证了所提修正流体动力函数表达式及流固耦合振动模型的有效性。

基于半解析法求解得到中厚半球壳的稳态振动与瞬态振动响应。基于一阶剪切变形理论推导球壳结构能量表达式，引入Jacobi多项式和傅里叶级数表示半球壳结构的轴向和径向位移，利用Ritz法得到半球壳的稳态振动响应，与有限元法结果对比验证了本文方法的有可行性。在此基础上，对半球壳在不同边界条件、截顶角和壳体厚度下稳态振动与瞬态振动特性规律进行了分析总结。

基于高阶剪切变形理论提出了一种功能梯度板自由振动分析的简化模型，该简化模型最显著的特点是适用于功能梯度板的振动分析，且不需要剪切修正。相比于其他具有更多未知变量的剪切变形理论，本文提出的简化模型只包含一个控制方程，极大地减少了计算量。基于该简化模型研究了功能梯度矩形板在简支边界条件下的自由振动，并与其他已有文献进行了比较。结果表明，本文提出的简化模型在分析功能梯度板的自由振动行为时简单且精确。此外，文中还通过多个数值算例分析讨论了不同的梯度指数、长宽比和边厚比对功能梯度板自由振动行为的影响。

基于有限元软件ANSYS Workbench，建立箔片气体轴承在可压缩流体介质中运动的有限元模型，采用6DOF动网格计算方法对轴承的运动状态进行流固耦合数值模拟，探讨了不同转速和波箔片结构参数（波箔片的长度比、高度以及厚度）对轴承动态特性的影响规律。仿真结果表明：转速增加，轴承的承载能力增加，但稳定性有所下降，更容易发生失稳现象；选取波箔片的长度比在1~1.5之间、厚度为0.16 mm，既可以保证轴承具有较高的刚度，同时又能获得较大的阻尼；波箔片高度与轴承动态特性成反比关系。将仿真结果与试验结果进行对比，验证了仿真计算方法的正确性和有效性。同时本文的研究为优化波箔片结构，改善轴承动态特性，提高轴承运行稳定性提供理论依据。

强地震动作用下，结构动力特性因损伤将随时间变化，变分模态分解（Variational Mode Decomposition，VMD）可用于分析结构地震响应的瞬时频率变化规律，揭示地震过程中结构的损伤状态。针对人为预设分解模态数K和二次惩罚因子参数不准确导致VMD非平稳响应出现模态混叠的问题，提出了一种改进的VMD（Improved VMD，IVMD）算法，结合Hilbert变换（HT）可准确识别非平稳地震激励下时变结构的瞬时频率。采用多重信号分类（Multiple Signal Classification，MUSIC）算法确定分解模态数K，基于整体正交系数和能量比系数构建综合目标函数，并采用樽海鞘算法（Slap Swarm Algorithm，SSA）优化确定二次惩罚因子。在优化确定K和参数的基础上，结合IVMD和HT识别时变结构地震响应瞬时频率。典型模拟信号和地震激励下4层时变框架结构数值模拟响应表明，相比VMD算法，IVMD算法识别得到的瞬时频率精度更高；12层钢筋混凝土框架结构模型地震模拟振动台试验数据验证了所提方法的实用性。

为了研究爆破震动作用下高地应力巷道的动力响应特征及其稳定性，以淮南潘三矿超前预裂卸压爆破扰动瓦斯综合治理巷为工程背景，通过理论分析建立了爆破作业扰动巷道围岩模型，并根据应力波传播理论及波前动量守恒定理推导出了爆破震动作用下巷道围岩振动方程。使用数值模拟研究了巷道围岩质点峰值振动速度（Peak Particle Velocity，PPV）的衰减特征，从应力分布规律的角度对理论分析进行了补充，并根据模拟结果对巷道围岩稳定性进行了分析。结果表明：巷道围岩振动方程显示，爆炸应力波入射角度的不同会导致巷道围岩不同区域的动态响应特征存在差异。随着爆心距增大，巷道轮廓面附近围岩PPV出现波动，并在自由面处获得最大峰值振速；地应力对巷道围岩PPV具有抑制作用，地应力越大抑制作用越明显，且不同位置围岩的PPV对地应力敏感度存在差异；随着地应力增大，爆破震动作用下巷道围岩受力状态从拉剪变为压剪，最大主应力和剪切应力也随之增大。研究认为随着埋深增加，在对爆破震动作用下巷道围岩的稳定性进行评估时地应力因素不可忽略。对于潘三矿超前预裂卸压爆破工程现场而言，除了巷道的直墙外，墙角、拱墙也是危险区域，应当着重予以加固并加强监测。

对具有负刚度特征的半周负刚度摩擦阻尼装置进行了振动台试验，以某四层钢结构框架为减震研究对象，分别在钢结构框架的一层和二层布置半周负刚度摩擦阻尼装置，研究了在不同地震动工况下结构的地震响应。结果表明，半周负刚度摩擦阻尼装置可实现结构的位移与加速度响应双重控制，安装在结构变形较大位置会获得更好的振动控制效果。

为了寻求一种既能减震又能降低成本的储罐结构，提出一种隔震储罐结构体系，根据力的平衡原则推导了滚动隔震装置恢复力模型，得出了复合滚动隔震装置的恢复力模型。基于三质点模型和场地土模型，提出了考虑土-储罐-液体相互作用（STLI）的隔震储罐的简化力学模型和运动方程，并研究了考虑STLI效应和不考虑STLI效应时抗震储罐和隔震储罐在不同场地的地震响应。结果表明：隔震储罐能够有效地降低其基底剪力及倾覆弯矩，但对晃动波高的控制有限，建议在高烈度区，满足晃动波高的前提下，隔震储罐在设计时可以降低烈度。考虑STLI效应后，抗震储罐的基底剪力和倾覆弯矩明显降低，且从Ⅰ类场地到Ⅳ类场地差异率逐渐增大，软土场地降低最为显著。隔震储罐地震响应受STLI效应的影响较小，可以有效地隔断上部结构与场地土之间的耦联，弱化STLI效应对上部结构的影响。

为隔离车载精密仪器承受的多维振动，引入基于并联机构且考虑机构关节间隙的多维被动隔振系统。通过集 （Generalized Function Set） 型综合理论，得到一种具有三平移一转动运动特性的4-PUU （移动副-虎克副-虎克副） 并联机构，在主动关节处添加弹簧和黏滞阻尼器，建立考虑关节间隙的多维隔振系统运动学和动力学方程，研究存在关节间隙的多维隔振系统在谐波、随机路面激励下的时域、频域隔振能力。研究结果表明：存在关节间隙的多维隔振系统能够实现多维振动在时域和频域中的有效衰减；随着关节间隙数值逐渐增大，隔振能力沿x轴方向变化最敏感，沿y轴方向变化最不敏感；系统第一阶共振峰对关节间隙变化敏感，向低频区域移动，隔振能力恶化。

传动系统引起的机械结构振动噪声问题是高速机械设备研究中需要解决的关键问题之一。本文结合振动噪声实验与仿真分析研究了高速包装机传动系统振动噪声源的定位及降噪优化问题。建立了高速包装机传动系统振动噪声实验装置，构建了对应的刚-柔耦合动力学仿真分析模型，基于实验测试数据进行了载荷识别并验证了模型的准确性与可靠性。以该模型为基础，结合模态参与因子及声学贡献量分析方法，明确了高速包装机传动系统声学贡献量较大的模态频率和板面区域，并对传动系统的设计进行了改进和优化。结果表明：通过模态贡献量分析和板面贡献量分析可以快速准确地定位噪声问题区域，以服务于相应机械结构设计的优化；在声学贡献量基础上进行结构优化可以有效抑制高速包装机传动系统的振动噪声。

附加调谐质量阻尼器是烟囱结构的一种传统减震控制方法，然而其通常需要较大的附加质量及额外的安装空间，这为施工安装带来不便。本文提出附加调谐质量惯容系统（TMIS）控制高耸烟囱的地震响应，以利用惯容元件的表观质量效果实现轻量化减震目标。同时，考虑烟囱高阶模态对其地震响应不容忽视的影响，提出沿烟囱高度布置的分布式TMIS以实现多模态控制效果。建立了基于两种不同惯容子系统的TMIS力学模型及相应的附加分布式TMIS烟囱运动方程。以金井清谱为随机地震激励输入，并基于改进的定点理论提出了分布式TMIS的部分设计参数简化假设，提出了基于需求的分布式TMIS烟囱结构多模态优化设计方法。通过实例验证了所建议设计方法的有效性，并对比检验了分布式TMIS的轻量化及多模态控制效果，通过参数分析检验了所采用的改进定点理论简化的合理性。结果表明：所建议的设计方法可以按照预定目标发挥两种分布式TMIS的减震性能，两种分布式TMIS均显示了明显的轻量化减震效果。

基于深度学习的故障诊断方法被广泛应用于以轴承为代表的机械关键部件故障诊断，其取得理想效果的前提是有足量故障样本且训练集、测试集满足同分布要求。然而，在实际工况下数据分布会发生变化，进而使原有工况下的诊断模型很难适用于新工况。为此，域适应类迁移学习方法被用于解决训练集、测试集分布不同的问题，其重点在于实现数据分布适应，即度量数据分布差异，并利用度量结果对模型训练进行指导，从而提升学习效率和诊断准确率。在此基础上，提出了一种基于对抗学习的域适应方法，该方法的核心是将提出的指数调节策略与对抗网络相结合，使得网络在故障诊断过程中更有针对性地适应目标域的数据分布。该网络由特征提取器、分类器、一个全局域鉴别器和多个局部域鉴别器组成，利用对抗策略和适应性矩估计算法对模型进行优化，并通过基于指数调节策略设定的指数自适应因子对模型中的边缘分布和条件分布重要性进行调节，使得模型可以稳定、高效地进行故障诊断。在跨转速、跨负载和同时跨转速和负载的轴承诊断案例中对提出的方法进行验证，结果表明本文方法的诊断效果优于其他域适应方法，并具有较好的稳定性。

压缩感知可有效降低机械状态监测信号的数据存储和传输压力，而现有压缩感知方法在故障诊断的应用中存在压缩效率低下、信号重构过程缓慢等问题。本文利用自编码网络与压缩感知的对应关系，提出了一种基于深度卷积测量网络的滚动轴承压缩域故障特征提取方法。针对无噪声的故障信号样本难以获取的问题，提出一种利用故障机理构建数据集的方法，利用该仿真数据集训练得到的模型适用于不同工况下的实测轴承信号。构造网络层数由所需要的信号压缩率确定、隐含层与原信号的频率呈对应关系的深度卷积去噪自编码网络。截取训练完备的编码子网络（即深度卷积测量网络）代替传统的观测矩阵对滚动轴承振动信号进行压缩测量，实现压缩域的故障特征提取。仿真分析验证了所提数据集构造方法及压缩域特征提取方法的有效性。滚动轴承实验信号分析进一步验证了采用所提方法训练得到的深度卷积测量网络具有很好的泛化性，且能够在压缩率远低于传统压缩感知方法的情况下有效地提取轴承故障特征成分并进行故障诊断。

采用非线性二自由度系统构建了飞机起落架模型，通过时域噪声刻画了不平整跑道对飞机起落架系统的随机激励，并引入路面不平度系数描述了跑道的不平整程度；基于飞机起落架模型响应的概率密度函数及其统计量，开展了不平整跑道对飞机起落架系统影响规律的研究。应用随机可靠性分析方法以及人体振动舒适性理论，通过建立安全域和舒适域与系统响应之间的关系，分析了起落架模型在不同路面不平度系数下的可靠性，并对乘客舒适性进行了评价。研究结果表明：路面不平度系数越大，系统状态变量的波动越剧烈，系统的可靠性和舒适性与路面不平度系数呈一定的负相关性；在路面不平度系数较小的情况下，系统平均首次穿越时间以及舒适性受随机扰动的影响更加显著。

为了同时满足缓冲和突伸性能，舰载机前起落架常采用双腔缓冲器设计。以某型机前起落架为研究对象，建立前起落架缓冲性能分析动力学模型，并将仿真计算结果与试验结果进行验证对比，验证理论模型的有效性和正确性。对缓冲器高、低压腔初始压力以及体积占比进行参数敏感性分析。结果表明，高、低压腔初始充填压力和体积占比对起落架缓冲性能的影响有别于它们对突伸性能的影响，所以对舰载机前起落架缓冲器的设计需不断优化，同时兼顾缓冲和突伸性能。

针对真实测量噪声影响下复杂动载荷识别精度低的问题，提出了一种基于冗余扩展余弦字典的L1范数正则化载荷识别方法。根据系统响应与外部动载荷的卷积关系，建立用于载荷识别的离散系统控制方程；选择与动载荷相适应的离散余弦基函数进行时延扩展，构造了扩展余弦字典与Db10小波字典相级联的冗余扩展字典，对复杂载荷进行稀疏表示；使用L1范数正则化方法求解稀疏表示系数，基于改进L曲线准则获取最优正则化参数，通过在GARTEUR飞机模型上试验得到的响应数据，实现不同噪声水平下对拍频载荷与连续冲击载荷时间历程的识别。试验研究结果表明：本文提出的冗余扩展余弦字典对拍频载荷与连续冲击载荷的表示稀疏性高，基于冗余扩展余弦字典的L1范数正则化载荷识别方法的识别精度高、抗噪性能好。

多轴向平稳非高斯随机振动控制试验能够对指定响应信号的时、频域特征进行同时控制。提出了一种快速生成具有指定功率谱密度、斜度和峭度的平稳非高斯随机振动信号的方法。通过频率采样方法将目标功率谱密度设计成滤波器，利用非线性变换方法获取非高斯随机信号，再将此信号经过设计的滤波器以获得满足要求的非高斯随机信号。该方法简单、快速并克服了传统非线性变换方法的缺点。进一步将此方法应用于三轴向平稳非高斯随机振动试验中，给出了三轴向非高斯随机振动控制的闭环均衡步骤，此方法能够同时对信号的功率谱自谱、相干系数、相位差以及斜度和峭度进行解耦控制。进行了三轴向平稳非高斯随机振动控制试验，三个方向上加速度信号的功率谱密度、斜度和峭度控制效果均令人满意，满足工程应用要求。

为快速、高效地排除复杂系统的振动故障，本文提出了振动故障模式的量化方法，可基于量化结果进行振动故障模式的重点验证。分析了振动故障树的技术特点，指出其不适用于复杂系统的振动故障分析；从故障模式的发生概率、故障模式的可验证性等维度对振动故障模式进行量化；结合某航空发动机核心机的振动故障，给出了振动故障模式量化方法的具体应用。实践证明振动故障模式的量化方法是可行、有效的，且具有较高的工程应用价值。