相控阵天线阵面变形对电磁性能的影响较大，如何用稀疏光纤光栅应变传感器的应变测量信息实时感知天线阵面变形是实现结构健康监测和电磁性能调控的关键。本文提出了复实验模态下结构变形的虚拟感知方法。在该方法中，利用复模态转化方法处理模态测试获得的复模态数据以获得对应的实位移模态；利用模态扩展实现有限量实位移模态的全场扩展；结合扩展的实位移模态和有限元模态数据，推导了两个表征稀疏应变测量信息与全场位移映射关系的变形虚拟感知方程CMT-SEREP（complex mode transformation-system equivalent reduction expansion process）和CMT-LC（complex mode transformation-local correspondence），以实现利用稀疏应变测量信息来估计变形阵面结构形状。研制了大型相控阵天线阵面变形实验平台，并开展了三种工况下不同感知方法的对比实验。实验结果表明，所提方法能利用稀疏应变测试信息重构出天线阵面结构的全场位移，并且CMT-LC法比CMT-SEREP法的感知精度高；对比传统的模态法，CMT-LC变形虚拟感知的相对百分比误差至少降低了6.105%。该方法不仅适用于非比例阻尼天线结构的变形感知，也适用于其他复杂工程结构的健康监测。

针对工程结构的激励难以测量、时变模态辨识计算效率低下的问题，提出了一种基于动态模式分解（DMD）的时变模态仅输出递推辨识方法。借鉴投影近似子空间跟踪算法和滑动窗思想对现有DMD方法进行理论拓展，提出DMD方法的递推格式，能够对系统矩阵和本征正交分解基进行递推更新，可用于时变模态的仅输出递推辨识。设计时变质量三自由度结构系统数值算例，搭建变质量充液筒结构系统实验平台，分别对所提递推DMD方法进行数值和实验验证。结果表明，所提递推DMD方法能够仅基于结构系统的振动响应数据准确辨识得到其时变模态，具备良好的仅输出递推辨识能力。

针对水环境中带封板圆柱壳的动力学计算提出了一种轴对称有限元-边界元耦合计算方法。基于结构的周期性特征，圆柱壳和封板的运动可通过其母线的运动唯一确定。将母线离散为若干个单元以进行有限元求解。通过能量法获得单元矩阵并组装成总体矩阵，建立了结构运动的有限元计算格式；考虑流体的轴对称特征，在结构母线上建立轴对称边界元并构建了流弹压力的边界元计算格式；获得流体压力后将其转换为有限元节点的等效节点力，其表现为流体附加质量、阻尼和刚度；结合结构运动方程和流弹压力计算格式，构造了求解该类流-固耦合问题的轴对称有限元-边界元耦合计算方法。本文计算结果与已有理论解和商用分析软件计算结果吻合较好，表明了本文方法的准确性。相比于商用分析软件，本文方法具有更高的计算效率，可直接获得圆柱壳在流体中的质量和刚度矩阵，有利于受迫振动的快速计算。基于本文方法分析了端部含封板复杂圆柱壳在动水中的湿频率和稳定性特性，结果表明：封板会改变壳体表面流动特性，更易诱发圆柱壳的流弹失稳。

根据滚动直线导轨副的结构特性，提出基于bushing单元的滚动直线导轨结合部动力学建模方法，并通过算例仿真计算和实物实验，验证了利用bushing单元对滚动直线导轨动力学特性建模的有效性。基于零件的结合部能显著影响整体结构的动力学特性的特点，采用子结构法与模型修正技术结合的方式，识别滚动直线导轨的bushing单元参数。通过构建哑铃状结构的仿真算例，对bushing单元参数进行仿真识别，以验证识别算法的准确性。以仿真算例的三维机械结构为基础，以含有单个滑块的哑铃状滚动直线导轨结构为实验对象，通过实物实验识别导轨的参数并验证模型的有效性。在以上仿真与实物实验的基础上，设计制造了含有4个滑块的滚动直线导轨机械结构，通过理论分析和模态实验对比，验证bushing单元建模的有效性和通用性。以专用轮毂环焊机的床身-滚动导轨移动平台结构为实验对象，进行工程应用验证。结果表明：采用bushing单元模拟滚动直线导轨滚动结合部的建模过程简单；相同模态振型的有限元分析与实验测试获得的前5阶模态频率对比表明，基于bushing单元的单滑块滚动直线导轨结构的固有频率误差不高于5%；基于bushing单元的四滑块滚动直线导轨结构固有频率误差不高于12%；基于bushing单元的环焊机床身滚动导轨移动平台结构的固有频率误差最高为11%。

轴箱轴承是高速列车的关键部件，复杂制动条件带来的轮轨激励会导致轴箱轴承振动与接触特性极其复杂且尚不明确。为此，建立了考虑制动系统及轴箱轴承的高速列车刚-柔耦合拖车动力学模型，并通过制动界面非线性摩擦、轮轨相互作用、轴箱轴承非线性接触和悬挂系统，实现了轴箱轴承、制动系统与车辆系统的动态耦合。进一步，开展线路试验验证了模型的有效性。基于此，研究了不同制动力下轴箱系统的振动、内部力及滚子-滚道接触特性。结果表明，车辆制动引起一位与二位轮对上的轴箱轴承纵向力增大，并引起轴箱系统纵向振动加剧，而车辆制动对轴箱系统的垂向振动影响较小。此外，车辆制动时盘-片摩擦使构架发生点头运动，这将改变一位与二位轮对的一系悬挂力，进而引起一位和二位轮对轴箱轴承垂向力分别减小和增大，并导致二位轮对轴箱轴承滚子-滚道最大接触应力增大。

对含有分数阶微分项和参数激励的Duffing-van der Pol振子的动力学行为进行了研究，分析了在黏惯性(1≤p≤2)和参数激励共同作用下系统的各项参数对系统幅频曲线的影响。采用平均法分析此系统，用等效线性阻尼和等效质量的概念处理分数阶微分项，得到系统的近似解析解。将所得近似解析解与数值解进行比较，二者具有较高的吻合度，证明了解析解的正确性。分析了系统参数对幅频响应曲线的影响，发现共振峰值、共振频率、共振区域、多值解的范围和解的数量都会受到系统参数的影响。经过分析发现，外激励幅值和分数阶微分项系数在一定程度上会抑制参数激励的效果。

为了更加精确地求解NW（内外啮合行星轮系）风电传动系统的非线性动力学特性，考虑了随机风速、时变支撑刚度、齿圈柔性、时变啮合刚度、传动误差、齿侧间隙、轴承游隙等因素，建立了NW行星齿轮-轴承系统的非线性动力学模型。利用时域图、频谱、相轨迹图、庞加莱截面图来描述系统的非线性特性，并用分岔图以及最大李雅普诺夫指数图描述激励频率与啮合刚度对系统非线性行为的影响。结果表明：NW行星齿轮-轴承系统具有丰富的非线性特征，激励频率在一定的范围内会导致系统进入混沌运动状态，发生失稳；啮合刚度在一定范围内可以保证系统平稳运行。

针对含几何非线性因素的功能梯度多孔（FGP）梁动力学问题，提出一种谱几何-增量谐波平衡法（SGM-IHBM）研究其非线性振动特性。根据von Karman理论获得梁结构的几何非线性应变-位移关系，基于Timoshenko理论推导FGP梁的拉格朗日能量泛函。使用谱几何级数表征梁结构的各位移分量，并引入线性模态分量建立FGP梁的非线性降阶方程，进而采用增量谐波平衡（IHB）法追踪FGP梁降阶模型的动力学响应解。通过SGM-IHBM解与文献解的对比验证了本文非线性模型的正确性，进而分析了孔隙率、厚度、激励幅值等对FGP梁非线性振动特性的影响。

为准确识别具有复杂边界条件的拉索索力，提出了基于机器视觉和广义回归神经网络（generalized regression neural network，GRNN）的索力识别方法。采用基于相位的运动放大算法和亚像素边缘定位等机器视觉技术，通过拉索振动视频提取振动位移时程并识别频率，实现拉索振动变形的多点非接触同步测量；利用有限差分法生成样本数据集，通过麻雀搜索算法（sparrow search algorithm，SSA）寻找GRNN最优光滑因子，构建SSA-GRNN索力识别模型以建立复杂边界条件下频率与索力的对应关系，将获取的频率信息输入模型中进行索力识别。以单根拉索为例，开展了复杂边界下拉索的数值模拟和人工激励状况下的拉索试验。结果表明，基于机器视觉和GRNN的索力识别方法可以通过振动视频准确识别频率，提高了对具有复杂边界条件的拉索索力的识别精度。

为提高时变结构非平稳响应信号的瞬时频率识别精度，提出一种局部优化多重同步挤压-短时分数阶傅里叶变换（locally optimized multi-synchrosqueezing-short time fractional Fourier transform，LOMS-STFRFT）。该算法对短时分数阶傅里叶变换（short time fractional Fourier transform，STFRFT）进行局部旋转参数的优化选取，通过STFRFT得到时频分布投影在分数域上的时频系数矩阵；对时频系数矩阵进行瞬时频率估计和多次迭代；采用多重同步挤压算子对时频系数矩阵进行重排并通过局部模极大值法提取瞬时频率曲线。通过一个多分量信号数值算例和一个线性时变拉索试验验证了所提方法的精确性。研究结果表明：相比传统的多重同步挤压算法，LOMS-STFRFT针对时变结构非平稳信号的瞬时频率识别效果更佳。

高效的控制算法是提升直升机减振性能的关键，本文针对直升机振动的多阶频率特征，构建自适应陷波响应分离器和控制器，建立直升机结构响应自适应双陷波控制算法，陷波响应分离器分离控制误差响应中的各阶频率成分，结合陷波控制器实现时域中对各阶频率响应的独立控制。基于某直升机动力学相似模型，对自适应双陷波控制进行了仿真分析和试验研究，结果表明自适应双陷波控制算法在多频率激励条件下具有良好的控制性能和更快的收敛速度，并能提升临界收敛步长，从而增强控制系统鲁棒性。

针对低频线谱振动隔离难点，提出了一种非线性增强的波纹管液力惯容动力反共振隔振装置。建立了该非线性增强系统的双稳负刚度的准静态模型及非线性动力学模型，研究了几何尺寸、弹性系数等参数对系统非线性刚度特性的影响，发现负刚度增强结构仅对隔振器刚度的非线性程度起调控作用，而不改变其承载能力和静变形。进而开展隔振性能分析工作，推导了基准线性系统在力激励作用下的振动传递率，并研究了无量纲化参数惯性质量比、有效面积比、阻尼比三个绝对量对传递率特性的影响规律；采用平均法求解了增强非线性系统的动力学响应，基于等效线性化刚度给出了非线性增强系统传递率解析求解方法和步骤，并与数值仿真结果对比，结果发现解析传递率与数值结果较为吻合；对非线性负刚度增强的液力惯容隔振系统的传递率特性开展了比较性研究，结果表明，引入双稳负刚度可以降低隔振系统的共振频率和反共振频率，通过设计合理的惯性质量参数，可在低频段获得优越的宽带隔离特性。

为了降低隔振器的起始隔振频率，增强对不同振动源的适应性，并获得比传统被动隔振器更出色的振动抑制效果，本文提出了一种采用电磁线圈嵌套永磁体的非对称刚度结构的高静-低动刚度（high static-low dynamic stiffness，HSLDS）隔振器。其能够根据不同振源频率的变化调整系统刚度，实现半主动隔振效果。采用增量谐波平衡法，获得了系统在不同激励、电流下的位移传递率特性。基于隔振器的系统模型，提出了一种半主动控制策略，该策略可以根据振源频率的变化来调节系统的刚度。搭建了试验测试平台，进行试验研究。结果显示，所提出的高静-低动刚度隔振器可以使起始隔振频率降低19.25%。系统通过引入半主动控制策略，可以将最大加速度振幅衰减54.7%。

传统模糊控制的模糊论域固定，当被控结构动力特性或外部激励发生变化时，模糊控制的控制效率会降低。在传统模糊控制算法的基础上增设伸缩因子模糊控制器，伸缩因子模糊控制以被控对象的误差及误差变化率作为输入，伸缩因子作为输出，实现主模糊控制器的模糊论域自适应调整。以一个安装磁流变阻尼器的两层钢框架结构为控制对象，将结构首层位移和速度作为输入，在dSPACE实时仿真系统中搭建了变论域模糊控制系统。开展了不同强度地震动和不同附加质量工况下结构振动控制的振动台试验，结果表明：变论域模糊控制能自适应调节模糊论域，有效减小结构位移、速度和加速度响应；当被控结构附加质量和地震动峰值加速度变化时，变论域模糊控制的控制效果均优于模糊控制和OFF被动控制。

为建立考虑人-结构竖向相互作用的人行桥MTMD减振优化设计方法，通过模拟行人单自由度质量-弹簧-阻尼（MSD）模型参数的随机性，基于虚拟激励法求解了随机人群-人行桥-MTMD耦合系统的竖向振动响应；分析了人-结构竖向相互作用对人行桥TMD减振效果的影响规律；基于随机人群-人行桥-MTMD耦合系统的加速度传递函数H₂范数与响应面优化，建立了考虑人-结构竖向相互作用的人行桥MTMD减振优化设计方法。结果表明：本文计算方法避免了大量非线性时程分析，可高效获得耦合系统振动响应的功率谱和均方根值；人-结构竖向相互作用使得TMD失谐效应显著，人群密度由0.25人/m²增至1.25人/m²，TMD（质量比为3%）减振率下降37.19%；考虑人-结构竖向相互作用的人行桥MTMD优化设计方法对人行桥加速度响应减振率均值达到70%以上。

惯容器和负刚度装置能够提高减振器的耗能性能，被越来越多地融入新型高性能减振装置中。本文对含负刚度的调谐惯容质量减振系统（NS-TIMS）进行了参数优化解析研究。建立了NS-TIMS在不同安装位置、应用场景（层间吸振、基底隔振）、激励类型下的运动方程及传递函数统一模型。在定点理论的基础上，得到了综合考虑H_∞和H₂范数的NS-TIMS最优参数解析解。考虑典型的应用条件，对优化参数解析公式进行分析和简化，得到了一种基于“等效惯质比”的NS-TIMS参数设计公式，并讨论了设计公式的适用条件。风振控制和基础隔振实际算例分析验证了考虑实际结构阻尼比和随机荷载频谱特性条件下的设计公式的有效性。同时发现NS-TIMS在高柔结构吸振和辅助基础隔振方面均具有优越的性能。

为研究局部隔振对机场航站楼框架结构动力学特性和抗震性能的影响规律，以国内某大型国际机场航站楼为研究对象，通过ABAQUS有限元软件建立三维空间有限元模型，分析结构的竖向振动模态及其有效振型质量，在三向地震作用下分析结构的竖向加速度响应、竖向变形、构件延性、塑性损伤以及残余变形等，揭示局部隔振对机场航站楼框架结构动力学特性和抗震性能的影响规律。结果表明，局部隔振将楼板竖向振动转变为弹簧参与竖向变形的局部区域竖向振动，提高了竖向振动模态的有效振型质量，增强了航站楼框架结构的竖向地震作用。同时，局部隔振过滤了隔振频率以上的高频振动，放大了隔振频率附近的低频振动，增大了隔振区域内竖向振动加速度和位移，并将结构塑性损伤和残余变形集中在隔振区域内跨梁的跨中截面和梁端截面。

针对目前框架结构整体抗震性能提升时节点加固困难等问题，提出了一种附加腹板的框架结构抗震加固方法，通过布置腹板，使梁上出现多个弯矩峰值点，从而优化内力分布，减小框架梁、柱节点内力，形成具有多道抗震防线的框架结构。以10层框架结构为研究对象，分析腹板布置位置和刚度对结构内力的影响规律，研究了腹板配筋对结构抗震性能的影响，提出腹板配筋系数以表征腹板与框架梁配筋比值关系。结果表明，附加腹板后结构刚度提高，框架梁、柱节点内力减小。当腹板布置在梁跨的0.3l和0.7l处，腹板与框架柱和框架梁的线刚度比在0.7~1.5和3.5~7之间时，内力调节作用较好。通过非线性损伤分析，给出了腹板配筋系数设计建议值，从而实现预设的腹板先屈服的破坏机制。以某实际工程为算例，对原结构和附加腹板加固结构进行了非线性动力时程分析。结果表明，附加腹板后结构总体侧移和层间位移角减小，出铰率小于原结构，附加腹板后的框架结构抗震性能提高，说明所提附加腹板的设计方法合理可行。

影响线是桥梁结构弹性力学状态的重要表征参数，能够有效反映结构的抗力与抗变形性能，并有望用于地震期间弹塑性响应的评估与预测。以某实测三跨钢板组合连续梁桥影响线为模型修正目标，基于BP神经网络开展桥梁模型修正研究；进一步构建不同峰值地面加速度下的墩柱弯矩-曲率指标，以Beta分布的期望为震害指数，拟合桥梁模型在多种性能水平下结构的超越概率表达式，分析对比连续梁桥结构有限元修正前、后的地震易损性。结果表明，有限元模型修正理论可使实测值与计算值间的相对误差从38%降低至10%以内，有限元修正模型比初始模型的震害指数更低；通过引入Beta分布对不同性能水平进行加权融合，可将结构的易损性矩阵转化为震害指数，从而综合考虑不同破坏等级的危害后果，更为全面地展现桥梁结构的抗震性能。

海床场地地震反应分析是建设海洋工程的重要先期工作。以琼州海峡海底拟建隧道沿线4个典型钻孔剖面为研究对象，基于一种流-固弱耦合分析法模拟海水-海床之间的相互作用，采用广义non-Masing本构模型（DCZ模型）模拟软弱海床土的动力非线性特性，探讨海水、软弱海床沉积及基岩地震动特性对海床场地的地震反应的影响。主要结论为：海水对海床地震运动的抑制效果仅存在于海床浅层范围（<50 m），且对竖向地震反应的抑制效果优于水平向；海水对海床地表地震运动的抑制效果以及海床地震反应“高频抑制、低频放大”的频响现象与海水水深呈“正相关”；数值计算所得的水平向、竖向加速度β谱均值线在数个周期范围内高于陆域规范设计谱，表明海水、海床软弱沉积对海洋工程抗震产生的不利影响不可忽略。

通过1∶7室内物理活树桩边坡模型试验数据验证的三维有限元边坡动力分析模型，研究了列车移动荷载作用下活树桩边坡附加动应力的衰减特征、活树桩主侧根应力响应特性和活树桩对边坡稳定性的影响规律，探讨了活树桩边坡的动力稳定机理。研究结果表明：基于三维有限元动力分析模型计算的竖向动土压力峰值与室内物理模型实测结果接近，通过Midas GTS NX构建活树桩边坡三维有限元动力分析模型的方法及其计算结果是可靠的。活树桩边坡附加动应力峰值受到列车轴载叠加效应的影响；列车移动速度越大，基床表层土体竖向动应力峰值越大。道砟层附加动应力最大，并呈现半圆弧状向下迅速衰减扩散，仅有较小动应力传递至坡面上部的两排活树桩。不同位置活树桩主根的抗剪能力发挥程度不一，坡脚活树桩主根相较于坡肩活树桩主根受到更大的剪应力作用，活树桩主根类似“抗滑桩”发挥抗剪能力。坡内生长的活树桩侧根类似锚杆，坡外生长的侧根类似支撑，形成“锚-撑”效应，协同主根一起发挥抗滑作用。活树桩的存在导致边坡土体应力重新分布，活树桩附近土体的剪应力集中。活树桩阻碍了土体剪应力的传递，抑制了土体塑性区的连通，提升了边坡稳定性。坡面水平动位移受影响程度与其到振动荷载作用位置的距离相关，距离越近，影响越大。活树桩可以减小坡面各处的水平动位移，但坡脚动位移的减小幅度最大。活树桩可以显著提高列车动力作用下边坡的稳定性，其边坡安全系数可提升15%~20%。活树桩边坡的潜在滑动面呈现圆弧状，活树桩使得塑性区向深部土层移动，从而提升了边坡的稳定性。可为活树桩应用于路基边坡提供一定的指导作用。

提出一种使用伺服电机自带的编码器进行齿轮局部故障检测的方法，无需安装外置传感器，直接对自带编码器的信号进行数据处理实现齿轮局部故障的特征提取。从伺服电机自带编码器中引出信号采集接线，使用高速计数器记录旋转编码器角度位置脉冲上升沿之间的时间间隔；通过编码器信号计算瞬时角速度（instantaneous angular speed，IAS）信号，并在角域和阶次域对IAS信号进行分析和特征提取，实现齿轮局部故障的检测。以行星齿轮箱齿轮局部故障检测为例，通过试验对所提方法进行验证，结果表明，使用伺服电机自带编码器可有效实现低转速、变转速工况下的齿轮局部故障检测。

针对目标域与源域标签空间交叉的跨域诊断，即目标域和源域均存在对方领域没有的样本类型这一典型开放域诊断问题，提出一种结合加权对抗学习的跨域自适应融合诊断方法。利用熵可以表征样本已知类型和未知类型的特性，引入两个结构相同的卷积神经网络进行基于熵的加权对抗性训练，以提取域不变特征增强辨识已知类型的能力，另构建源域和目标域样本输出的二元交叉方案用以隔离未知类型，此外，将两个卷积神经网络的全连接层隐藏特征作为两个标签传递模型的输入，采用投票法则融合三个诊断模型的概率输出。采用变工况的机械传动部件失效实验台数据和自吸式离心泵损伤数据进行分析验证，实验结果表明：所提跨域自适应融合诊断方法能更准确地辨识出目标域数据中已知的故障类型和未知的故障类型。