随机子空间辨识算法（SSI）在识别高层结构动力特性过程中产生虚假模态，干扰了动力特性的自动跟踪。本文通过状态空间模型证明非白噪声是产生虚假模态的原因之一，并进一步针对非白噪声激励提出了基于多元变分模态分解（MVMD）的信号重构方法，剔除由于非白噪声引起的虚假模态；通过Single-Pass聚类算法剔除离散虚假极点，消除其他虚假模态。将上述算法应用于超高层结构的现场实测数据，实现了动力特性的长期自动识别与跟踪。

如何从土木结构响应数据中挖掘损伤特征并有效分类，是实现损伤模式识别的关键。为此，以框架结构为分析对象，搭建设有自编码器隐藏层和Softmax分类层的栈式自编码器网络，采用无监督联合有监督的混合学习机制；基于有限元分析获取框架不同工况下的传递比函数值，构建训练集、验证集和测试集样本；通过预训练确定自编码器隐藏层的参数值如权重和偏置值，避免网络出现过拟合；采用微调方式进一步调整预训练后的网络参数值，再结合验证集实现对网络超参数的调整；将实测传递比数据输入网络，实现对框架节点损伤的评估。结果表明：所提方法能有效进行损伤特征的提取和分类，准确识别框架节点的单、双损伤工况，相较于传统浅层神经网络具有更高的识别准确度和更好的抗噪性。

建立人体动力学模型获取人体自振频率是土木工程、机械工程、交通工程、航空航天、康复医学等许多领域的共性科学问题，以往研究最常采用的弹簧⁃质量块⁃阻尼器集中质量模型，与实际人体质量、刚度沿身高的分布式特性并不相符。本研究提出含有生物自驱力的人体分布参数动力模型，理论上推导了自振频率的表达式，并据此提出了基于步态测试技术的频率识别算法。组织了247名测试者进行步态试验，识别了每位测试者的人体刚度和自振频率，进一步研究了识别参数的概率分布特征，并通过与以往研究结果对比、不同年龄段统计分析等，多角度验证了所提模型的合理性和适用性。

贝叶斯FFT算法是运营模态分析的最新一代算法，以其准确性高、计算速度快、可有效进行不确定性度量等优点受到广泛关注。然而，现有贝叶斯FFT算法针对不同情况（稀疏模态、密集模态、多步测试等）需采用不同优化算法，且编程实现极为复杂。为此，本文旨在提出针对不同情况的贝叶斯FFT算法的统一框架，并实现模态参数的高效求解；视结构模态响应为隐变量，建立贝叶斯模态识别单步测试和多步测试的隐变量模型框架；针对提出的隐变量模型运用期望最大化算法实现各种情况下模态参数的统一贝叶斯推断，利用隐变量解耦模态参数优化过程，采用Louis等式间接求取似然函数的Hessian矩阵。通过两个实际工程测试案例，并与现有方法对比，验证所提方法的准确性和高效性。分析结果表明，本文所提算法与现有方法结果相同，但其推导简单、易编程，尤其对于密集模态识别问题具有明显的计算优势。本文为贝叶斯模态识别建立起统一的隐变量模型框架，在很大程度上简化原本繁琐且冗长的推导过程，提高计算效率，同时也为应用变分贝叶斯、吉布斯采样等算法求解贝叶斯模态识别问题提供了可能。

对于大型复杂结构的非线性随机响应，随机模拟法是较为实用的工程分析方法。然而对于需要大量样本的尾部概率估计，高昂的计算成本限制了该类方法的应用。为了降低计算成本，开发了基于主动学习的高斯过程代理模型算法，但其主动学习优化策略仍需进一步完善，以满足工程中对单侧尾部概率分布估计精度的需求。为此提出了一种具有智能关注功能的搜索函数，构建了针对工程中事故风险极高的单侧尾部的算法。以地铁隧道环梁和衬砌间复杂粘结滑移行为为例，验证了该算法的有效性。相比原有算法，本文算法对单侧尾部概率的估计误差降低了30%。本文算法能更精确地估计复杂结构随机响应分布的单侧尾部概率，进而估计极端事故的发生概率，为风险测度和防灾管理决策提供量化分析依据。

随机地震动模拟一般有频域和时域两大类方法。本文基于单重过滤白噪声时域模型，建议了平稳地震动过程和全非平稳地震动过程模拟的时域表达。本质上，时域表达可视为一系列标准正交随机变量所调制的确定性函数的线性叠加，而正交随机变量集则可定义为随机正交函数形式来实现高效降维。为此，通过引入三类随机正交函数，即非高斯型的Legendre正交多项式、Hartley正交基和高斯型的Hartley正交基，均可实现仅用一个基本随机变量在时域模型上精细表达地震动加速度过程。平稳地震动过程的数值算例表明了本文方法的有效性，且优于Monte Carlo方法；全非平稳地震动的算例分析则表明了本文方法的工程适用性。

传统的附加式声学黑洞（ABH）结构主要针对板状结构的振动抑制进行设计，对于工程中广泛存在的管道结构难以适用。为解决管道结构的振动抑制问题，提出了一种能够应用在管道结构上的附加式ABH装置“环状螺旋式ABH减振器（CSABH）”。通过将ABH区域设计成螺线形式，增加了减振器的模态密度，使其与主结构更好地耦合。以铝管为基准结构，利用有限元方法探究了CSABH的动力学特性，进行了时域波聚集分析与频域响应分析。结果表明，CSABH具有良好的波聚集特性，能实现对管道20~5000 Hz的振动抑制，且当管道的约束条件和温度条件发生改变时，相同参数的CSABH仍然能够发挥良好的宽频减振效果，展现了减振的鲁棒性。通过实验验证了CSABH在管道结构的振动控制中具有宽频、高效和鲁棒性高的特点。

本文将电磁轴承-柔性转子系统安装在弹性支撑的基础上，研究了双半正弦波、半正弦波、正弦波、三角波和双三角波5种冲击激励下弹性支撑基础的振动特性，得到了不同冲击激励参数对弹性支撑基础的加速度的影响规律。为了抑制基础冲击激励条件下弹性支撑的电磁轴承-柔性转子系统的振动，提出了一种基于基础加速度的转子系统瞬态振动补偿控制策略。在设计的电磁轴承-柔性转子系统试验平台上，进行了多种冲击激励条件下弹性支撑基础的振动特性试验，以及安装在弹性支撑基础上的电磁轴承-柔性转子系统的瞬态振动抑制试验。结果表明：冲击激励下，弹性支撑基础的加速度和电磁轴承-柔性转子振动均表现出明显的冲击特征，振动的特性随着冲击激励形式的不同而变化。基于基础加速度的转子系统瞬态振动补偿控制策略能够有效地抑制基础冲击激励对转子振动的影响。

针对双转子系统中存在中介轴承波纹度的问题，以含变截面外转子的双转子⁃轴承系统为研究对象，考虑中介轴承滚动体和内、外圈滚道波纹度，基于有限元法建立了双转子⁃轴承系统的动力学模型，采用四阶Runge⁃Kutta数值解法求解方程，分析了波纹度激励对系统频谱特征和幅频响应曲线的影响。结果表明：内、外圈滚道存在波纹度时系统会出现内、外转子转频和保持架转频的组合频率，滚动体存在波纹度时系统会出现偶数倍的滚动体自转频率；考虑转子不平衡激励，外圈滚道波纹度会增大外转子主激励的共振区域的振动，且随着波纹度幅值的增加，系统的振动会在整个转速范围内增大，而内圈滚道波纹度与不平衡激励两者的振动响应会在内转子主激励的第二次共振区域出现近似同频反相的现象，系统的振动会随着波纹度幅值的增加而降低，在其他区域的振动会增大，相对于高转速区域，滚动体波纹度对低转速区域的振动特性会有较大影响。

本文基于钻柱纵-扭耦合振动的三自由度集总参数模型，利用数值仿真研究了顶驱控制对钻柱粘滑振动和跳钻现象的抑制效果。结果表明，调谐k-c控制对钻柱振动系统的粘滑振动和跳钻现象有一定程度的抑制作用，但是在输入角速度较大而标称钻压较小或者输入角速度较小而标称钻压较大时的抑制效果并不理想。调谐I-k-c控制可以成功地消除输入角速度和标称钻压变化对钻柱粘滑振动和跳钻现象带来的影响，使得输入角速度和标称钻压不论取何值，钻头的转速均稳定在给定的输入角速度附近，减少了钻压、扭矩和轴向位移的波动。

在制动噪声现象中，汽车制动器系统参数不可避免地存在着不确定性和相关性，使得系统响应亦可能同时存在一定的不确定性和相关性，针对该问题开展了制动器系统稳定性响应的不确定性和相关性分析研究。采用多椭球凸模型描述系统参数的不确定性和相关性，以不稳定模态阻尼比表征系统稳定性响应。将多椭球凸模型分别与蒙特卡罗仿真、一阶摄动法和二阶摄动法相结合，提出了三种系统稳定性响应的不确定性分析方法；结合蒙特卡罗仿真和一阶摄动法，分别提出了两种系统不确定响应的相关性分析方法；基于不确定性和相关性分析方法，提出了建立系统响应椭球域的组合方法。通过算例分析验证了方法的有效性。分析结果表明，所提出的方法可有效地求得系统稳定性响应的边界区间、相关系数和椭球域，并且该方法具有较高的计算精度和效率。

虽然现有壳模型在0~500 Hz频带内精度高，适合用于轮胎结构振动分析，但由于模型中耦合了胎侧二维壳模型，导致胎冠振动模态难以分离，且模型自由度和所需输入参数增加。本文对该壳模型进行改进：在保持胎冠壳模型不变的基础上，应用轮胎环模型和板模型中对胎侧的近似方法，采用弹性基底代替胎侧二维壳模型，简化了原模型的边界条件并缩减了输入参数个数；针对改进后的壳模型建立了求解方法，实现了胎冠模态频率和振型的求解。并通过与实验数据的对比，验证了改进后的壳模型及其求解方法的正确性。

为了提高轨道车辆的爬坡能力，齿轨车辆在传统轨道车辆的基础上加入了齿轮-齿轨啮合系统。针对目前世界上的齿轨铁路系统种类较多，其配备齿轮-齿轨啮合系统多样性所导致的齿轨车辆动态特性差异的问题，本文在解析齿轮-齿轨啮合激扰产生机理的基础上，考虑齿轮-齿轨啮合冲击，建立了两类Strub系统、双排齿Abt系统以及Locher系统四种不同形式的齿轨车辆动力学模型，并对模型进行了实验验证；采用所建立的模型，分析了齿轨车辆以不同速度在坡道啮合路段运行时的齿轮-齿轨啮合行为，并探究了线路不平顺对齿轨车辆齿轮-齿轨啮合中心距误差的影响；在此基础上研究了齿轨车辆的轮轨作用以及车辆加速度，由此分析了齿轨车辆的安全性与平稳性。结果表明：不同形式的齿轨车辆动态特性存在显著差异，Locher系统齿轨车辆动态特性最佳；同轴Strub系统与双排齿Abt系统的齿轮啮合行为较差且受线路不平顺影响明显，齿轮-齿轨啮合力最大冲击值达20.3 kN，啮合中心距误差达3.73 cm；同轴Strub系统与双排齿Abt系统车辆安全性较差，双排齿Abt系统的轮轨垂向力最大达51.7 kN；异轴Strub系统的车辆平稳性最差，最大车体垂向加速度为0.033 m/s²，平稳性指标为1.27。

旋涡脱落和漂移是桥梁涡振发生的关键流场特征，有必要从涡动力学的角度揭示涡振机理。以典型流线型闭口箱梁为例，从气动力做功能量角度，构建简化涡模型，并结合基于风洞试验的断面表面气动力时频特征和基于数值模拟方法的断面周围流场特性，揭示流线型闭口箱梁多阶涡振机理，验证上述模型。研究表明：分离涡斯托罗哈数表征旋涡气动力做功能量特征，其可表达为旋涡漂移速度与来流风速比值的正整数倍，即同一分离点可对应多个涡振锁定区。流线型箱梁断面存在3阶竖向涡振锁定区，其中，第2阶和第3阶涡振锁定区均由来流经过断面前缘附属设施时产生的大尺度旋涡，在分离点至断面尾缘之间发生周期性漂移诱导与维系。在第2和第3阶涡振锁定区内分离涡分别耗费约2个和1个振动周期完成从分离点至截面尾缘的漂移，即二者分别由该分离点诱发的2阶和1阶简化涡模式主导。该研究验证了简化涡方法推演桥梁断面周围旋涡演变特性的合理性。

为探究高阻尼厚层橡胶支座的力学性能，本文通过研究高阻尼厚层橡胶支座在竖向压应力作用下的水平剪切及竖向压缩的受力特征，建立了考虑水平剪切变形的力学模型，并提出了基于压应力变化的竖向刚度修正理论。为验证理论模型的准确性，分别设计了3种不同第一形状系数的高阻尼厚层橡胶支座来进行水平拟静力剪切和竖向压缩试验。结果表明：高阻尼厚层橡胶支座的等效水平刚度、等效阻尼比随内部钢板对橡胶的约束作用的变化而变化，在水平拟静力试验下，随支座水平剪切变形的增加呈现出先减小后增大的变化趋势，且随着竖向压应力的增大，水平等效刚度逐渐减小；在竖向压缩试验中，随着竖向压力的增大，竖向压缩刚度呈现非线性强化特征。通过理论与试验结果的对比分析可知：本文构建的水平剪切变形的力学模型可较好地描述高阻尼厚层橡胶支座水平剪切的力学性能，竖向刚度修正理论可以准确计算其竖向刚度，不同工况下与试验结果的偏差均在5%以内。

为了减小传统框架-核心筒（FCT）结构体系筒体围合面积，进一步提高结构的经济性，提出框架-分布芯筒-核心筒（FDCT）高层结构体系；将分布芯筒与摇摆体系相结合形成框架-分布摇摆芯筒-核心筒（FDRCT）结构体系，旨在控制结构的变形模式。为了降低高阶振型对高层结构的不利影响，进一步提出具有调谐减震性能的框架-分布双段摇摆芯筒-核心筒（FDBRCT）结构体系。建立各结构的动力学模型和方程，并进行平稳随机振动分析，初步证明FDBRCT结构可以更为有效地降低结构的动力响应。对比FCT，FDCT，FDRCT以及FDBRCT结构的时程分析结果，FDCT结构由于刚度被削弱导致抗震能力下降，FDRCT改善了结构变形的不均匀程度，上部楼层加速度有所减小但顶层位移会增大。相较于FDRCT结构，FDBRCT结构的层间位移角最大值明显减小，变形更加均匀，适当降低了顶层位移响应以及内力需求，具备调谐能力的分布双段摇摆芯筒使FDBRCT结构在提高经济性的同时兼具更为优越的抗震、减震性能。

多龄期砌体结构在酸雨侵蚀作用下的耐久性问题日益凸显，但目前国内外还没有形成完整的结构层次耐久性时变模型。为研究材料性能演化与砌体性能演化的关系，对不同配合比砂浆、砖块和砌体分别进行加速侵蚀试验，建立了考虑酸雨侵蚀循环次数的砌体构件抗压强度模型，再根据自然环境下砌体样本数据，建立酸雨侵蚀作用下在役砌体结构力学性能退化程度与服役年限的数学关系，并使用典型结构法对某二层约束砌体结构进行地震易损性分析，分别讨论了不同参数对酸雨侵蚀作用下约束砌体结构易损性曲线和破坏概率的影响规律。结果表明，在其他因素不变的条件下，当地震动强度较高时，酸雨侵蚀作用下约束砌体结构严重破坏和倒塌的发生概率随服役年限的增大而逐渐增加。

针对最大二阶循环平稳盲解卷积（CYCBD）算法在轴承故障特征提取中的有效性及计算效率受滤波器长度影响的问题，提出谐波谱峰因子（HSC）作为评价指标自适应确定CYCBD的滤波器长度，通过编码器时间序列重构的方法平衡优化过程的计算效率。根据滚动轴承固有参数计算轴承故障阶次，并根据其设置循环频率；根据故障阶次确定时间序列重构的脉冲数；用中心差分法计算重构后信号的瞬时角速度；采用等步长搜索策略以谐波谱峰因子作为评价指标自适应确定CYCBD的滤波器长度；根据谐波谱峰因子最大时对应的阶次谱揭示滚动轴承故障特征。仿真和试验数据分析结果表明，所提方法能自适应确定滤波器长度，对提高CYCBD算法计算效率有明显效果，适用于滚动轴承故障特征提取。