针对运载火箭这一大型复杂系统，单纯依靠机理分析难以建立能够精确描述其时变特征的动力学模型，借助模态辨识技术获取其在飞行状态下的时变动力学特性尤为必要。面向运载火箭的飞行模态辨识需求，发展基于时变自回归滑动平均模型的仅输出递推辨识方法，引入指数加权遗忘机制进行时变特性跟踪，能够在激励未知的情况下仅基于响应数据准确快速辨识运载火箭的时变模态。以谷神星一号运载火箭为例，开展飞行遥测数据的快速处理，准确辨识发射准备阶段和飞行阶段的关键低阶时变模态，辨识结果与有限元分析结果的变化规律相互吻合，验证了所提时变模态仅输出递推辨识方法是有效可行的，服务了运载火箭有限元模型修正和姿控系统设计的实际工程需求。

航空发动机转子部件众多，多部件高维复杂系统计算量大，导致动力学分析困难、计算时间长，进而影响转子结构设计和动力学验证的效率。基于部件模态综合方法，提出一种针对多部件高维复杂系统降维计算的多级模态减缩策略。对每个单独的子结构利用固定界面模态减缩，并行减缩各子结构的内部自由度，同时完整保留子结构间的耦合关系。通过子结构组合定义新一级的子结构，应用多级模态减缩策略提升降维减缩效果，结合多重模态减缩方法，构建界面分支模态，可显著降低转子有限元模型的维数，同时保留关键子结构的动力学特征和系统整体关键动力学特性。此计算策略被用于某弹用发动机转子系统低维减缩模型的建立，利用减缩模型提升了转子动力学分析的效率，加速轴承刚度参数的优化设计。研究结果表明，与ANSYS计算相比，转子动力学分析所需时间降低了99.5%，精度误差不超过0.1%，该计算策略可用于多部件高维复杂系统的快速分析。

航空发动机在机动飞行过程中，工作条件非常恶劣，飞行过程会产生不规则的瞬态振动，易引发故障。采用有限元法建立机动飞行下基于双线性本构方程的磁流变阻尼器-转子系统有限元模型，并利用Newmark-β数值方法进行求解，研究转子系统在机动飞行过程中的动态特性。在此基础上，考虑磁流变阻尼器作用，研究其对冲击载荷下转子系统瞬态及稳态响应的影响。结果表明，机动飞行开始和结束瞬间会产生瞬态冲击，激发转子系统一阶模态响应。在合适的电流作用下，变阻尼器可以有效抑制机动飞行过程中转子系统瞬态及稳态响应。此外，在机动飞行下，由于轴颈离心率较大，易导致磁流变阻尼器产生非线性行为。

为最大化提高直升机功重比，越来越多的直升机设计中应用了超临界尾传动系统，这一系统会导致跨临界振动的产生。安装干摩擦阻尼器是一种常见的抑制直升机尾传动轴跨临界剧烈振动的方法。以某装有干摩擦阻尼器的尾传动轴为研究对象，建立控制方程，并分析系统在传动轴偏心激励下各类碰摩响应的边界特性。建立传动轴/阻尼器系统的非线性控制方程；依据扫频获得系统典型碰摩响应特征，使用解析法针对无碰摩响应求解碰摩发生边界，并对同频全周碰摩响应求解其稳定性条件的边界；通过Runge-Kutta法验证了所推导的响应边界，并探讨了响应边界与系统参数的影响关系。

以飞机刹车装置为研究对象，对飞机刹车诱发振动问题进行了研究。针对飞机滑跑过程中的复杂制动环境对盘面摩擦特性影响，建立了考虑液压系统及盘面材料属性的刹车盘组非线性动力学分析模型，且为新材料技术的发展预留了模型接口。从实际工程应用价值出发，以机轮速度、液压系统等效阻尼、刹车盘面阻尼、盘面摩擦特性几类关键因素为控制变量，利用数值仿真与分岔理论等非线性分析手段研究了上述参数对系统稳定性的影响，并确定了使系统保持稳定的结构参数范围，方便对结构进行参数化快速分析设计。基于模型分析的结果，揭示了刹车振动产生的部分原因，从结构参数和刹车控制律两方面针对性的提出了对应的减振优化措施，进而形成了完整的飞机刹车诱导颤振的分析方法，为飞机制动器设计初期提供了理论参考依据。

周期结构的带隙特征为土木工程隔震领域提供了新思路，其中一维周期基础结构因其构造简单且经济适用而倍受关注。本文通过研究一维周期基础结构的振动特性，推导了用于计算一维橡胶⁃混凝土周期基础带隙的近似解析解，并在此基础上提出了基于上部结构共振区的一维橡胶⁃混凝土周期基础优化设计方法。频域和时域数值算例表明，由该优化方法所设计的周期基础可保证其上部结构在一个宽且连续的频段内均有较好的减震效果。

由于海洋场地存在深厚的海水层，其对海底地震动特性以及海洋结构物的地震反应存在较大影响，在跨海桥梁等海洋结构物抗震分析时不容忽视。因此，研究基于地震波动理论建立海水-海床-斜拉桥耦合的地震波动分析模型，确定海水层对结构地震反应的影响。考虑海洋环境可能对减震构件的耐久性造成威胁，提出一种应用耐久性能优良的防屈曲支撑（Bulking Restrained Brace，BRB）作为纵桥向减震构件的斜拉桥减震体系，并且以青州航道桥为工程背景，通过其与漂浮体系斜拉桥模型的地震反应对比，验证了考虑海洋环境影响下该减震体系的可行性。研究对BRB的布设位置与设备参数等进行优化分析，进一步确定BRB作为斜拉桥纵桥向减震构件的设计方法。研究发现地震作用下海水产生的动水效应会放大斜拉桥上部结构的地震反应。通过对比不同工况下结构的地震反应，发现在桥墩与桥塔位置同时设置BRB时，桥梁整体减震效果最佳。另外，BRB的屈服承载力等参数对斜拉桥的抗震性能亦产生较大影响。

城市既有建筑（群）的地震安全性评价面临高效分析、快速评估、定量判定的多重技术发展需求。考虑长期服役过程中的结构性能演化现象，既有建筑安全性评价需要结构本身和当地地震动等一系列实测数据与信息，以标定结构真实服役状态，保证结构抗震性能评估结果的准确性，并兼顾结构抗震性能分析的时效性。本文基于等效非线性单自由度模型，结合作者近年来在数据驱动型状态评估指标方面的研究成果，提出了以既有建筑实测模态频率和阻尼比映射结构宏观服役状态，结合当地实测地震动数据集，快速评估该目标建筑抗震安全性的方法。阐述了基于动力测试和HAZUS技术手册的既有结构等效非线性单自由度模型的建立过程，提出了两类结构状态评价指标，结合多元工程性能参数，建立了等效模型变形状态与不同抗震性能水准之间的直接联系。以四川省珙县当地一栋高层规则框架结构和2019至2022年间10次实测地震动为例，对该建筑在当地近期实际地震动作用下的抗震安全性进行评估。

调谐黏滞质量阻尼器（Tuned Viscous Mass Damper，TVMD）是一种有效的被动惯容减震装置，本文针对地震作用下建筑结构TVMD阻尼比增效效应与优化设计展开研究。将TVMD对结构自身阻尼耗能功率的控制效果归纳为TVMD等效附加阻尼比，并基于随机振动理论推导了等效附加阻尼比的理论表达式。为了使TVMD更具实际应用价值，TVMD理论上应取得比同阻尼系数的黏滞阻尼器（VD）更大的等效附加阻尼比，这一现象定义为TVMD阻尼比增效效应，并定义了阻尼比增效系数来量化评估阻尼比增效效应。将等效附加阻尼比和阻尼比增效系数均作为优化目标，提出了TVMD最优设计参数理论解。参数分析结果表明，本文解具有良好的稳定性和适用性，为了更高效地发挥阻尼比增效效应，推荐TVMD质量比不超过0.3或阻尼比不超过0.1。以某七层标准钢框架结构作为工程算例展示了TVMD设计流程，并验证了本文解的有效性和优越性。算例分析结果表明，使用本文解设计TVMD能显著放大其阻尼元件变形，表现出了理想的阻尼比增效效应。与传统解相比，本文解还具有另一个明显优势，即保证TVMD的减震效果优于同阻尼系数的VD，不存在减震效率问题。

城市轨道交通浮置板轨道纵向联结处存在薄弱环节，轨道设计时对板与板纵向联结的动态效应考虑不足。通过引入等效密度及等效地基系数的方法对钢弹簧浮置板轨道系统板下基础进行合理的模型简化，建立了预制式和现浇式浮置板系统振动特性三维有限元分析模型，充分考虑了钢轨、剪力铰和板下基础对浮置板结构振动特性的影响，研究了浮置板轨道系统模态与谐响应特性，分析了浮置板纵向联结处的动力效应特性。结果表明：浮置板轨道在1~200 Hz低频段的模态振型变化主要表现为四种运动方式：刚体运动、弯曲、弯扭组合和扭转；对于预制板轨道系统，浮置板主导整个系统的振动特性表现的频段在系统模态分析和谐响应分析中表现出一致的规律；对于现浇板轨道系统，当频率为32.6~57.8 Hz时，浮置板对系统振动特性的主导作用弱化，表现为过渡频段；浮置板联板动力效应产生的低阶弯曲模态在预制板系统中表现为刚体运动模态；对于由N_s块板组成的浮置板系统，联板效应引起的单块板每阶弯曲模态频率附近的附加模态数为N_s/2-1。

Π型叠合梁为气动钝体结构，容易发生气动失稳。本文以一座Π型截面叠合梁斜拉桥作为工程背景，采用风洞节段模型试验与计算流体动力学（CFD）方法，对主梁的涡激振动性能及相应的气动抑振措施展开了研究。在风洞节段模型试验中获得涡激振动风速区间，讨论了不同气动措施的抑振效果，运用计算流体动力学（CFD）方法对主梁涡振发生机理及气动措施抑振机理进行了初步研究。结果表明：在原始断面下，由于尾迹区旋涡的周期性脱落以及主梁上、下表面旋涡演变的相互作用，导致了涡激振动发生。在采取三种不同抑振措施后，除采用上L型导流板断面在+3°风攻角下发生扭转涡振外，其余优化断面均能使得来流平稳地通过，从而抑制涡振发生。本研究可对Π型叠合梁断面的斜拉桥抗风设计提供一定参考。

由于发电量明显高于固定式光伏系统，平单轴光伏发电系统近些年得到了广泛的应用。平单轴光伏支架由于扭转刚度较低，在大风天气下容易出现扭转气动失稳现象，从而造成支架结构破坏。为了进一步深入了解该振动的发生条件和机理，本研究通过节段模型测振风洞试验研究结构自振频率、倾角、阻尼等参数对扭转气动失稳的影响，分析了气动阻尼和气动刚度随着风速和倾角的变化规律。研究表明，平单轴光伏支架的扭转气动失稳表现出较强的气动耦合效应，气动阻尼和气动刚度是影响平单轴光伏支架气动失稳的重要参数，对风速和倾角的变化较为敏感，该失稳现象具备自激振动的特点；扭转刚度的提高在某些倾角下可以有效地限制振幅，同时可提高结构在各倾角的临界风速；扭转气动失稳的倾角范围为-15°~20°，0°倾角附近临界风速较高，若采用小倾角进行保护时，建议将大风保护角度设为0°。

声学黑洞（ABH）以其优异的性能在结构减振降噪、声波调控、能量回收等领域展示了极其广阔的应用前景。但声学黑洞边缘截断会导致非零反射系数的存在，从而弱化声学黑洞效应。为此，本文在声学黑洞结构中引入约束阻尼材料，在Rayleigh-Ritz法框架下，选择高斯函数作为基函数，根据声学黑洞板的形状确定高斯基函数的分布，避免质量矩阵和刚度矩阵的奇异化，建立了声学黑洞约束阻尼板的半解析分析模型。通过与有限元分析结果对比，验证了半解析建模方法的正确性。研究了约束阻尼结构参数对声学黑洞板弯曲振动特性的影响规律，揭示了约束阻尼的减振机理和能量耗散作用。实验进一步验证了声学黑洞约束阻尼板的减振效果。

基于截面等效，提出了多层组合梁的二维分析模型。使用混合能变分原理，以包含频率函数的节点位移及其能量对偶的应力分量为单元节点未知量，引入混合元对梁长方向进行离散，建立动力学状态空间控制方程；接着引入微分求积法（Differential Quadrature Method，DQM）对控制方程进行梁高度方向的离散，求得组合梁在不同轴力与边界条件下的动力学方程。以混凝土-木材组合梁、波形钢腹板梁和钢-混组合梁为例进行验证。该方法基于二维理论，可为梁理论提供假设依据和误差分析的基准。

环境振动是一种非周期、随机的宽频激励，研究振动能量采集器在环境振动下的能量采集特性具有重要意义。本文采用改进随机平均法，求解了变截面压电梁在高斯白噪声激励下的等效振幅、位移、速度的稳态概率密度函数，位移与速度的联合概率密度函数以及稳态均方输出电压，随后研究了变截面压电梁的能量采集效能。结果表明：负载电阻一定时，截面系数β>0时的变截面压电梁相比β=0时的等截面压电梁有更好的稳态均方输出电压；截面系数β>0时，随着电阻电容乘积的倒数的增加，变截面压电梁的均方电压均呈现逐渐减小的趋势，当电阻电容乘积的倒数值一定时，β值越大，均方电压也越高；随着噪声强度的增加，变截面压电梁的均方电压均呈现逐渐增大的趋势，当噪声强度一定时，β值越大，均方电压也越高。本文研究结果可为变截面压电悬臂梁能量采集系统的设计及应用提供理论依据。

超临界二氧化碳动力循环系统对实现节能减排的目标有着十分积极的作用。针对一种箔片气体动压轴承结构建立了计算模型，并通过拟合非理想状态气体超临界二氧化碳的密度与压力之间的关系，基于传热学模型和气体润滑能量方程分析了轴承气膜温升，结合实际运行过程中出现的湍流效应修正润滑气体雷诺方程、耦合力学分析模型和能量方程，分析S-CO₂介质箔片气体动压轴承的静特性，并与空气作为介质进行对比分析不同系统参数和湍流参数对轴承特性的影响规律。结果表明：相较于空气而言，使用超临界二氧化碳作为润滑介质的箔片气体动压轴承具有较高的承载力，而且在一定范围内随着轴承直径和宽度的增加、偏心率的上升、轴承间隙的减小、转速的提高等，轴承承载力均可以增大；对于湍流影响因素来说，在一定范围内随着局部雷诺数和湍流系数的增加、气体动力黏度和密度的提高、高温环境下环境温度的降低等，轴承承载力将会增大。

目前许多基于卷积网络的滚动轴承故障诊断方法受噪声信号以及负荷变化的影响，存在诊断效果不佳、泛化能力差的问题。针对此问题提出一种改进卷积胶囊网络的滚动轴承变工况故障诊断方法。该方法设计了多尺度非对称卷积模块，其中采用不同尺度的非对称卷积层对输入数据进行特征提取，在实现最大化提取数据中的特征信息的同时，还能够有效减少参数量；在该模块中引入通道注意力机制，能更好地提取有用的通道特征，提高该方法特征提取的能力；通过将网络中的全连接层改进为胶囊全连接层，使得胶囊在输出向量特征信息时，避免了特征信息在空间中的丢失。使用凯斯西储大学轴承数据集和东南大学变速箱数据集来验证所提方法的诊断性能，并与其他深度学习方法进行了比较。实验结果表明，与其他深度学习方法相比，具有较好的泛化性，效果更佳。

加窗同步平均克服了行星齿轮传动引起的振动传递路径时变性问题，可有效应用于单级行星齿轮箱齿轮故障特征提取。但二级行星齿轮箱存在两级行星结构共用传动轴引起的振动耦合问题，该方法不易有效提取第一级行星轮的故障特征，为此本文提出一种角度补偿同步平均的二级行星齿轮箱行星轮故障特征的提取方法。通过等角度重采样消除转速波动的影响；采用角度补偿同步平均分离重采样振动中存在的第二级太阳轮的干扰，并通过差运算将其从重采样振动中消除；提取残余振动的包络信号；通过加窗同步平均构建第一级行星轮的合成包络信号，并采用包络同步平均提取第一级行星轮的故障特征。通过二级行星齿轮箱实验台实测信号分析验证，所提方法能够有效地提取第一级行星轮的故障特征。