针对转子系统突加不平衡问题，提出了一种动力学相似设计方法。根据动力学微分方程，运用方程分析法和量纲分析法，考虑阻尼缩比建立动力学相似关系。根据应变能分布准则，设计转子系统原型，利用相似关系对原型进行缩放建立畸变模型，通过仿真和试验对原型和畸变模型的动力学相似性进行验证。仿真结果表明：畸变模型与原型临界转速、应变能分布、瞬态响应具有较高的相似性，前两阶临界转速误差分别为0.1%和0.13%，峰值振幅误差为3%。试验结果表明：畸变模型可以准确地预测原型的临界转速和突加不平衡振动响应，前两阶临界转速误差分别为0.79%和1.72%，峰值振幅误差为5.98%。

针对工程中的旋转预扭梁振动问题，提出了一种有效的建模方法研究其振动特性，并设计了旋转实验验证理论研究的准确性。通过调节边界弹簧刚度模拟不同边界约束，采用修正傅里叶级数法对位移场进行展开，利用瑞利-里兹法推导旋转梁的运动方程。基于理论研究设计不同尺寸的旋转直梁和预扭梁的振动实验，将理论计算与有限元仿真、实验结果对比验证了本文方法的准确性，通过误差分析验证了存在弹性边界的可能。结果表明：转速和厚度增大使梁的固有频率增大；预扭角增大对1阶固有频率影响较小，可显著减小2阶固有频率。

参数振动广泛存在于多物理场耦合的微机电系统中。为研究静电驱动微镜系统中存在的参数共振非线性动力学问题，以一类静电梳齿驱动微镜为例，通过七次多项式拟合梳齿电容变化并建立微镜动力学模型，研究不同因素下系统的参数共振响应变化。研究了静态下微镜结构参数变化对扭转角度的影响规律；应用多尺度法分析了谐振状态下系统参数对共振幅值变化的影响规律并对系统参数共振进行了数值验证；最后利用Runge-Kutta法对系统亚谐参数共振的稳定性进行了分析与验证。研究表明：微镜系统存在亚谐参数共振，激励电压、电容拟合参数等因素会影响系统共振幅值；阻尼可以改变系统不稳定区域，提高失稳阈值，影响系统亚谐参数共振发生。

针对浸没在流体中细长杆管柱间相互接触问题，基于嵌套网格技术，建立了细长旋转杆管柱与采出液耦合振动和碰撞的数值求解方法。将外环空流体域分为相互嵌套的子区域：背景网格和组件网格，推导了各嵌套区域流场边界传递信息的插值计算公式，采用分域方法对采出液流体域与杆柱固体域耦合进行求解，并建立了物理量传递方法和归一化收敛准则。搭建了垂直旋转杆柱与采出液耦合模拟实验装置，并将数值模拟结果和实验结果进行比较，验证了本文数值方法的正确性。研究了不同流体黏度、杆柱旋转速度条件下细长杆管柱间耦合振动与碰撞特性，结果表明：流体黏度越大，杆柱运动受流体黏性阻力的影响越明显，碰撞时的接触压力越小，振动越小；杆柱转速越大，振动越剧烈，杆柱受扭转变形的影响越明显，碰撞时的法向加速度越小，接触压力因此减小；当管柱间发生碰撞时，杆柱任意一点加速度发生突变，振动加剧。

聚类分析是数据处理中常用的无监督方法，而聚类分析参数较难精准确定，限制了该方法在结构损伤识别中的应用。为解决该问题，本文提出了一种非参数贝叶斯聚类方法，结合结构模态参数开展结构损伤识别和定量分析，拓展了非参数贝叶斯模型的应用范围。所提方法采用自然激励技术处理结构实测振动数据以得到固有频率，通过非参数贝叶斯聚类方法对数据进行聚类，最终结合极大似然异方差高斯过程和贝叶斯因子对聚类结果进行损伤定量分析。通过天津永和桥实际工程案例对所提损伤识别方法的结果进行验证，结果表明，该方法能够在不提前设置聚类参数的情况下，对结构自振频率数据进行精准聚类分析，进一步对结构不同损伤状态进行识别。

为评价运营状态下斜拉桥拉索发生大幅涡激振动时的钢锚箱疲劳性能，连续监测了某大跨斜拉桥发生涡激振动的某拉索振动加速度和钢锚箱构造细节应力，在时/频域内研究了该拉索的振动特性，以及拉索涡激振动、车辆加载和温度作用对钢锚箱构造细节应力的贡献，探究了这三种荷载对钢锚箱的加载机制，评价了这三种荷载联合作用下钢锚箱的疲劳性能。研究发现，试验斜拉索在风速2~9 m/s之间发生了明显的风致振动，观测到的面内最大加速度峰值达25 m/s²，为多模态参与的高阶涡激振动，面内振动明显大于面外，主振模态出现在拉索第5~17阶。温度作用虽每天仅产生一个应力循环，但在钢锚箱构造细节上产生的最大应力幅明显大于车辆应力幅；虽然车辆通行产生的应力幅较小，但一辆货车通行产生一个应力幅，应力循环次数大；拉索涡激振动惯性力施加在钢锚箱上，但在构造细节上观测到的应力水平极低，因此可完全忽略拉索涡激振动对钢锚箱应力和疲劳的影响。研究认为，钢锚箱疲劳评价需考虑温度作用，但受拉索涡激振动、通行车辆和温度作用的联合加载，在钢锚箱疲劳最不利的顶板和底板与钢箱梁外腹板焊缝桥面端，以及承压板与外腹板焊缝两端的四个构造细节处，疲劳寿命均明显大于100年。因此即使拉索发生涡激振动，该在役钢锚箱疲劳性能也满足桥梁设计要求。

由于受扰山体风场会受到附近其他山体的影响，处于受扰山体风场中的耐张型悬索支撑输电结构风振疲劳损伤需要考虑施扰山体的影响。为了分析施扰山体对耐张型悬索支撑输电结构风振疲劳损伤的影响，本文进行了复杂山地风场特性风洞试验，讨论了受扰山体风场平均风修正系数和脉动风修正系数随施扰山体坡度、高度和间距的变化规律，并提出了相应的分布模型；基于非线性有限元理论，建立了考虑施扰山体影响的耐张型悬索支撑输电结构风振非线性有限元模型；采用雨流计数法和Miner线性疲劳累积损伤准则进行疲劳损伤分析；通过本文提出的框架研究了施扰山体对某两跨耐张型悬索支撑输电结构风振疲劳损伤的影响。结果表明：随着施扰山体坡度的增大，耐张型悬索支撑输电结构各部位疲劳损伤呈先减小后增大的变化趋势；施扰山体高度对各部位疲劳损伤的影响较小，无明显变化规律；当施扰山体间距为0~600 m时，各部位疲劳损伤随着间距的增大而逐渐减小，当施扰山体间距为600~800 m时，各部位疲劳损伤随着间距的增大而陡然增大；在同一施扰山体影响下，支撑导线悬索和导线的端部疲劳损伤均较跨中更大。

调谐液体阻尼器（TLD）是高层建筑风振控制常用的阻尼器。纯水TLD系统的阻尼比较小，在其内部增设内置挡板，可显著增加其阻尼比而提高振动控制效果。本文基于计算流体动力学（CFD）开源软件OpenFOAM对带竖向挡板的TLD系统内的液体晃荡进行CFD仿真，并以第三代风振控制Benchmark模型为计算实例，对其风致响应进行计算结构动力学（CSD）时程分析，在此基础上开发了基于CFD/CSD耦合作用的TLD-高层建筑风振控制数值算法，对顶部设置带有竖向挡板的TLD系统的高层建筑的风振控制性能进行研究，分析了此类TLD系统对高层建筑风致响应的控制效率。不同重现期风荷载下的仿真结果表明，此类TLD系统对结构风致响应的控制效果显著。与实时混合实验的结果进行对比，验证了文中提出的数值算法具有较高的精确度。

以典型流线型闭口箱梁为研究对象，利用节段模型风洞试验，获取原始断面与优化断面（栏杆扶手抑流板断面和检修轨道导流板断面）涡振响应，并分析其典型风速下断面周围分布气动力矩贡献，结合简化涡和数值模拟方法，推演断面周围流场演变特征，揭示了流线型箱梁扭转涡振及气动措施抑振机理，为主梁扭转涡振及抑振机理分析提供了一种思路。研究表明：原始断面存在明显扭转涡振现象，其振幅达0.112°，增设检修轨道导流板后振幅降低35.7%，增设抑流板后涡振现象消失。原始断面和导流板断面涡振时，上表面分布气动力矩对涡激力矩贡献值远大于下表面，二者均由上表面大尺度前缘分离涡主导，分离涡漂移时长约为2.5个断面振动周期，对应2阶扭转简化涡模态。增设导流板后，断面上表面分布气动力矩对涡激力矩的贡献显著减小，旋涡漂移模式与断面振动之间的相位关系发生改变，断面周围旋涡作用强度减小，故涡振振幅降低。增设栏杆扶手抑流板后，上表面分布气动力矩对涡激力矩贡献值显著减小且其波浪式分布消失，上表面前缘大尺度分离涡的形成得到抑制，故断面涡振现象消失。

人群荷载的高阶谐波可能会引起高频楼盖动力响应的增大，导致舒适度或安全问题。本文旨在分析室内物品的不同布局形式对高频楼盖人致振动的影响。结合社会力模型（SFM）和行人荷载模型，建立了高频楼盖随机荷载模型；在考虑行人-结构相互作用（HSI）的基础上，建立了高频楼盖人致振动计算模型；采用基频为10.35 Hz的高频楼盖进行测试，验证了计算模型应用于不同布局形式时的合理性；采用人致振动全域评估方法对不同布局形式的楼盖在人群随机行走下的舒适度进行了评估，并给出了概率结果。结果显示，对于高频楼盖人致振动问题需要考虑楼盖高阶振型的影响。5人随机行走工况下，在考虑HSI后，不同布局形式的楼盖动力响应有所减小，加速度峰值最大减小13.33%，出现舒适度问题的概率值最大减小12%。并且楼盖的舒适度会因室内布局形式的不同呈现不同的结果，研讨室布局的楼盖出现舒适度问题的概率最大，公共教室次之，会议室概率最小。

为防止地震中的落梁破坏，国内外桥梁抗震规范均要求桥梁采用防落梁装置，但对于防落梁装置的限位和防落梁效果却鲜有研究。本文以采用纵向阻挡型防落梁装置的梁桥为背景，开展阻挡型防落梁装置的限位和防落梁效果研究。介绍了纵向阻挡型防落梁装置的工作原理。在此基础上，针对一座五跨简支梁桥，考虑混凝土挡块这一典型纵向阻挡型防落梁装置的非线性力学行为及其与下部结构的碰撞效应，研究在不同的地震动强度下挡块的限位和防落效果，分析、比较了挡块强度、间隙以及设置橡胶垫对于限位和防落梁效果的影响。研究表明：纵向阻挡型装置的防落梁效果与其自身强度、初始间隙密切相关，同时也受地震动强度的影响；合理的装置强度和初始间隙有利于减小碰撞力或碰撞次数，降低落梁风险，并将桥墩损伤控制在理想范围内；在防落梁装置和下部结构的碰撞接触面设置缓冲橡胶垫可有效减小碰撞力和桥墩损伤。

采用Euler-Beroulli梁理论，提出一种考虑水-桩-土相互作用的连续变截面海上风机单桩基础的结构简化模型，运用微分变换法求解简化模型横向振动控制方程。基于塔筒直径、连接段高度与水体附加质量、叶轮-机舱组件质量和三弹簧刚度对横向自振频率展开研究。研究表明，变截面塔筒底部直径对自振频率的影响大于顶部直径对自振频率的影响；水深较深时，水体附加质量对远海风机结构自振频率的影响不能忽略；风机横向自振频率随叶轮-机舱组件质量的增大而减小；弹簧刚度对土体模量敏感性大小为：水平弹簧>耦合弹簧>旋转弹簧；自振频率对弹簧刚度敏感性大小为：耦合弹簧>水平弹簧>旋转弹簧；土体模量发生变化时，主要通过水平弹簧和耦合弹簧影响自振频率。

为研究低层楼阁式木结构古建筑的抗震性能，以西安钟楼为研究对象，制作了一个缩尺比例为1∶6的结构模型，并对其进行地震模拟振动台试验，试验选取Kobe波、兰州波和汶川波作为地震动输入，考虑了7度多遇至9度罕遇的烈度水平，最终分析得到了不同水准地震作用下结构的动力特性、动力响应及耗能的变化规律。试验结果表明：随着地震加速度峰值的增加，模型结构自振频率降幅较小，阻尼比增幅较大；结构的刚度沿高度分布不均匀，外金柱斗栱层的刚度最小，最大的层间位移角也发生在此处；加速度放大系数基本小于1，减震效果明显；与现代建筑结构相比，模型结构的塑性变形能占比较小，有利于减轻结构的损伤。

中国西南部特殊的地形条件导致公路交通建设中不可避免地形成大量路堑边坡，地震作用下公路路堑边坡的稳定性问题俨然成为公路工程稳定性研究中的重点科学问题。通过大型振动台试验分析阶梯式顺层岩质路堑边坡的加速度响应，研究边坡各平台的地震动响应规律。提出加速度放大系数比表征不同坡表形式的动力响应差异，结合Snell定律分析地震波在边坡中的传播规律。结果表明：边坡加速度放大系数随激振幅值增加而表现出高程放大效应，当激振幅值超过0.6g时，因震裂损伤累积，坡体滤波效应增强，加速度放大系数随高程增长趋于平缓。均匀阶梯宽度的边坡抗震性能较好，阶梯阴角处易产生应力集中，应作为重点防护区域。试验中监测的加速度数据分析结果与高速摄像机记录的模型损伤结果相吻合。根据边坡的震裂累积破坏过程，可将破坏现象分为浅层蠕滑（0.1g~0.4g）、局部拉裂（0.4g~0.6g）、加速变形（0.6g~0.8g）和整体失稳（0.8g~1.0g）四个发展阶段，变形破坏模式总体表现为滑移-拉裂式。研究结果为复杂坡面与地质结构的震裂破坏机制及抗震设防提供了理论基础和技术支持，为山区阶梯式岩质路堑边坡的防灾减灾措施提供参考。

重载列车实施制动时，列车车辆所表现出的动力学行为比无制动情况下更加复杂，这给列车行车安全带来了极大的考验。为研究紧急制动条件下重载列车最大车钩力处的车辆动力学行为，以中国25 t轴重重载货车为研究对象，建立考虑闸瓦摩擦制动的重载货车车辆-轨道纵垂耦合动力学模型。基于此，系统地研究了车辆在紧急制动时，不同运行速度和黏着状态对轮轨动态作用和车辆振动响应的影响。结果表明：紧急制动条件下，闸瓦压力及纵向车钩力会加剧轮轨动力相互作用，同时导致轨下结构的位移发生变化；低黏着状态对轮对纵向相互作用影响显著，导致纵向蠕滑率和磨耗数急剧增加，加剧车轮打滑和车轮磨损的风险，且低速下的影响更大；此外，低黏着状态及纵向车钩力对轮对旋转和纵向运动均有显著影响，导致轮对振动加剧，动力学性能恶化。

针对电动汽车动力总成悬置系统（PMS）参数同时具有不确定性和相关性的复杂情形，本文开展了考虑参数不确定性和相关性的电动汽车PMS稳健性优化设计研究。基于Nataf变换和蒙特卡罗抽样提出了一种概率参数相关情形下的PMS固有特性响应不确定性和相关性分析的Nataf-蒙特卡罗（NMC）方法；结合Nataf变换和任意多项式混沌展开推导了一种高效求解PMS响应不确定性和相关性的Nataf-任意多项式混沌展开（NAPCE）方法；基于NAPCE方法和相关系数赋权法提出了一种考虑响应不确定性和相关性的PMS稳健性优化设计方法；通过算例验证了所提方法的有效性，并对系统进行了稳健性优化。结果表明，以NMC方法作为参考，NAPCE方法在求解PMS固有特性响应的不确定性和相关性方面具有良好的计算精度和效率；提出的优化方法能够合理配置系统参数，提高系统稳健性。

本文研究了新型惯质调谐质量阻尼器（novel tuned mass damper inerter，NTMDI）的安装方法对其优化设计与减振性能的影响。详细介绍了NTMDI-R（反向安装的NTMDI）的力学模型，并采用经典固定点理论对NTMDI-R进行了优化设计，得到了NTMDI-R最优结构参数的解析式；对比研究了NTMDI-R与现有四种经典调谐质量阻尼器（TMD、TMDI、VTMD和NTMDI）在简谐激励和随机激励下的减振效果，并探究了安装方法对NTMDI-R减振性能的影响。结果表明：正、反向安装的两种减振器（NTMDI和NTMDI-R）优化参数不同，安装方法对其减振性能有较大影响。当表观质量比β小于0.1时，NTMDI-R的减振效果差于NTMDI；而β大于0.1时，NTMDI-R的减振效果与NTMDI基本一致，因此采用NTMDI进行结构减振应明确其安装方向。基础加速度和荷载力分别作用下，NTMDI-R的减振效果相对于NTMDI分别降低了3.9%和4.7%。

窄带主动控制系统适用于控制低频谐波噪声。在实际应用中，由于原始噪声频率快速变化导致的参考信号失调问题会使窄带主动控制系统性能严重下降，而现有的频率估计算法往往难以兼顾跟踪实际频率的速度、精度与计算复杂度。本文提出一种Notch-HAQSE频率估计窄带主动控制算法，通过陷波滤波器与基于DFT系数的高精度单频估计算法（HAQSE）组合来提取参考传感器信号中任意数量的线谱频率成分，并合成参考信号送入控制器完成次级信号更新。仿真和试验结果表明，与现有的应用于主动控制的其他频率估计方法相比，提出的方法能准确识别和快速跟踪多个频率，并大幅度降低了计算复杂度，较好地解决了参考信号失配问题和多线谱振动噪声控制问题。

为了解析水下平台发射噪声的主要声源排序，以典型气水缸发射装置试验样机为对象，对发射噪声子声源及其贡献度进行了理论分析和试验测量。发射噪声传递通道包括船体结构通道和发射管路形成的海水连通域通道。13项子声源中，主要子声源包括气水缸机脚振动、水缸筒壁振动、发射管壁振动和活塞轴向脉动力源4项结构振动噪声以及活塞与端盖撞击引起的1项冲击振动噪声。前者经两条通道传播，后者以海水连通域传播为主。射流噪声不是主要子声源。舱室空气噪声表现为存在阶跃的白噪声，高频段能量较为集中，对结构振动噪声贡献较小。气水缸机脚垂向振动和水缸筒壁径向振动幅值受活塞始端和终端撞击作用影响显著，水缸和气缸的机脚垂向振动瞬时冲击峰值较主柴油机振动大1个量级；发射管壁径向振动脉冲峰值时刻与活塞终端撞击作用对应；三者平均振级排序是：气水缸机脚振动、水缸筒壁振动和发射管壁振动。

机械密封非正常接触状况下的高频摩擦信号识别与诊断研究较为匮乏，因此采用高频宽域与强灵敏的声发射技术，搭建密封监测试验台，采集机械密封启停、无压、低压、高压、低速、高速等运行状况下的声发射信号。使用时域、频域和时频域分析方法处理试验数据，进行测试，并建立基于AE信号均方根（RMS）值变化判定机械密封界面摩擦状态的方法，揭示了机械密封从接触式到非接触式过程中的端面摩擦信号与运行状态的对应关系，进一步探明了密封运行过程中，从端面接触摩擦的边界润滑（BL）与混合润滑（ML），逐渐转变为非接触下流体动力润滑（HL）状态的滑动接触信号演变规律，获取了密封界面摩擦时的AE信号频率带范围（240~320 kHz），并通过对AE信号进行时频分析，发现了连续小波变换（CWT）能有效表征机械密封不同工况下的AE信号时频特征信息。本文研究结果为机械密封状态监测和故障诊断的研究提供了理论基础和数据支撑。

在航空涡轴发动机装配过程中，端齿同轴度误差是一个重要的技术指标，对整机系统的性能和使用寿命有重要的影响。以航空涡轴发动机涡轮叶片-机匣为研究对象，考虑将端齿同轴度误差（定位误差和定向角误差）引入到叶尖-机匣的间隙方程中，基于Hamilton能量原理和Galerkin方法建立了考虑双锥度叶片-机匣系统的非线性动力学模型，通过ANSYS有限元方法验证了理论模型的正确性。在此基础上，运用Newmark-β数值求解方法分析了不同端齿同轴度误差对系统在定值加速函数（函数1）与余弦波加速函数（函数2）下的瞬态响应的影响，数值计算结果表明：增加同轴度误差，会进一步缩小叶尖与机匣之间的最小间隙，导致碰摩诱发的振幅更加严重；与函数1相比，采用函数2的加速度可以更快地通过系统临界转速，导致碰摩开始时间提前，当靠近目标转速时，减速作用可以有效减少最大碰摩力和侵入量，以减缓系统的隆起现象和跳跃现象。

由于多测点位置不同引起的数据分布差异造成谐波减速器故障诊断效果不佳，提出基于多特征空间自适应网络（multiple feature spaces adaptation network，MFSAN）的谐波减速器故障诊断方法。对谐波减速器振动信号进行连续小波变换，以构造时频图来描述其运行状态特征。将不同位置传感器所测数据划分为多个源域数据和目标域数据映射到不同特征空间，得到不同测点位置下的特征表示。利用自适应网络将源域中学习到的知识自动应用到目标域，以自动对齐特定领域的特征分布，从而学习多个域不变表示。利用领域特定的决策边界来对齐分类器的输出，从而有效减少因传感器位置差异引起的数据分布差异。在工业机器人谐波减速器诊断实验中，所提诊断方法达到了99.72%的准确率，高于其他对比方法，验证了所提诊断方法的有效性和可行性。

针对瞬时角速度（instantaneous angular speed，IAS）信号与轴承机械动力学之间的关系研究和工业机器人RV减速器转臂轴承在低速工况下易发生失效的问题，提出了一种三自由度局部故障滚子轴承IAS扰动的动力学模型。模型基于Hertz线接触理论，分析了滚子与滚道间相互作用产生的局部变形对IAS的影响机理，给出了耦合切向力与力矩的计算方法；将故障冲击引入扭矩分析，计算故障区带来的扭矩变化，增加角自由度，建立了法向力与切向力相耦合的三自由度轴承IAS扰动动力学模型。采用四阶-龙库塔数值积分法求解，并在近似条件下将仿真与实验结果进行对比分析。结果表明，该模型能较好地解释圆柱滚子轴承IAS扰动的来源，有效反映外圈故障对IAS带来的影响，进一步完善了滚动轴承动力学理论。