基于Biot动力固结方程和Novak平面应变理论，考虑桩周饱和土体施工扰动效应，建立水平振动作用下径向非均质饱和土-楔形桩耦合力学模型。通过引入势函数法、Laplace变换法和分离变量法推导出桩顶水平动力阻抗的解析解，进而将推导所得解退化并与已有文献解进行对比分析，以验证其合理性。在此基础上，通过参数化分析探讨桩身参数和施工扰动效应对楔形桩水平振动特性的影响规律。研究结果表明：当桩-土系统层段数达到100后，桩顶水平动力阻抗趋于稳定；随着桩周饱和土体软化程度和范围的增大，楔形桩桩顶水平动力阻抗均减小，而楔形桩桩身水平位移和桩身弯矩均增大；通过多方面退化对比分析，验证了本文所提出分析模型及解析解答的合理性和可靠性。

为真实表征高铁列车荷载引起的准饱和地基振动响应，引入车轮失圆和轨面不平公式修正准静态列车移动荷载；基于准饱和地基2.5维有限元方程，建立了列车-轨道-准饱和地基动力分析模型，研究了车速、荷载条件对准饱和地基振动响应规律的影响。结果表明：列车低速运行时，车轮失圆和轨面不平对位移和加速度时程规律及峰值影响较小，但二者耦合作用时振动响应显著提升；列车速度达到土体剪切波速时，车轮失圆和轨面不平对位移和加速度响应的影响逐渐增大，相较于车轮失圆，轨面不平对准饱和地基振动影响更为显著，且对车速变化更敏感。低车速时，准饱和地基孔隙水压力在道床中心线下0~4 m范围内迅速衰减，孔压峰值出现在轨下0.5 m处；车速提高后孔压迅速衰减范围延伸至轨下6 m处，各修正荷载条件下孔压峰值相比于准静态条件均显著增大，轨面不平和轮轨不圆顺耦合态下孔压峰值位置向地基更深处发展；轮轨不圆顺耦合态下准饱和地基振动响应均明显大于其他荷载条件，故高速铁路安全性评估和地基振动响应预测中，需同时考虑车轮踏面失圆效应和轨道几何形位不平的影响。

强夯施工作业等引起的强地表冲击荷载对周围环境产生较大影响。传统研究方法将冲击荷载简化为三角形荷载，但未考虑冲击时的能量损失，导致计算结果偏大。本文基于某实际强夯工程实测数据，在验证数值方法的合理性后，开展针对关键影响因素的参数分析，建议合理的折减系数以修正目前的三角形荷载模型。计算结果表明：冲击能大小、场地土参数等是影响冲击振动响应的关键因素。低能级、中能级以及高能级的冲击能作用下，中软土的折减系数可分别取为0.85、 0.6和0.5，中硬土的折减系数则分别取为0.9、0.7和0.6。

采用台湾集集近断层脉冲型地震动记录，建立随机脉冲型地震动模型，对古水250 m级实际工程面板坝进行有限元分析，并利用直接概率积分法对高土石坝的坝顶位移和坝坡滑移量进行随机动力分析及可靠度分析。研究表明，脉冲型地震动对高土石坝的竖向变形以及坝坡稳定有显著影响。研究了近断层高地震风险情况下的高土石坝，综合评价了高土石坝的地震安全性和抗震能力。

针对空间管桁架结构简化过程中缺乏理论指导的问题，运用材料力学知识对空间管桁架结构等效抗弯惯性矩进行推导，并提出相应计算公式。同时基于扭转应变能相等原理建立管桁架的腹杆以及上下平联的等效薄板厚度计算公式，构造出连续化的等效截面，运用薄壁杆件理论提出空间管桁架结构的等效抗扭惯性矩计算公式。利用悬臂法验证等效惯性矩计算公式的准确性。对兰州奥体中心网球馆进行等效分析。结果表明：提出的等效惯性矩计算公式较为合理，与悬臂法计算结果的误差在4%以内；在自重作用下，网球馆原结构与简化结构最大位移值和最大应力值误差不超过9%；网球馆原结构与简化结构前5阶的振型相似，固有频率的误差不超过4%，简化结构具有较高精度。

本研究以提高结构气动稳定性为目的，通过节段模型测振风洞试验，研究了湍流度、自振频率、阻尼比等参数对平单轴光伏支架气动稳定性的影响，并对其参数敏感性进行了分析。研究表明平单轴光伏支架在较大的倾角范围内会出现大幅气动失稳扭转振动，振动带有强烈的气动耦合和自激特征，临界风速低。在发生大幅扭转振动的倾角范围内，0°倾角（组件水平放置时）临界风速较高。湍流度的增大导致结构发生振动的倾角范围增加。小倾角（0°、5°）下增加阻尼比对支架气动失稳的控制效果较差，较大倾角（15°以上）下阻尼比的增大对结构气动失稳的控制效果十分明显。扭转频率的提高，对各个倾角下的临界风速均有较大的提升。

靶丸作为惯性约束核聚变（inertial confinement fusion, ICF）的热核燃料容器，其表面质量直接影响ICF打靶试验的成败。因此制靶前针对靶壳（ICF微球）在ICF微球操控过程中二次损伤微球表面的问题，提出了一种体声波驱动的微球声操控装置，通过激励由压电陶瓷片和金属基体构成的振子的面外弯振模态，在液体内部建立声场并以非接触的声辐射力驱动ICF微球运动，进而实现ICF微球检测时的无损操控。为了分析声操控装置的振动和其产生的声场之间的关系，利用传递矩阵法建立了振子的机电耦合动力学模型。模型综合考虑了振子的尺寸、材料、边界、压电陶瓷片的布置方式、激励电压、水质量引起的额外负载等因素，通过该模型分别计算了振子的两个共振驻波、一个非共振行波的振型和上述振动所建立的三个声场。根据计算结果加工并装配了原理样机，通过试验对原理样机进行了振动特性测试和操控性能研究。结果表明，理论计算和试验测试得到的声操控装置的振动特性一致性较好，验证了所建立动力学模型的正确性；所提出的非共振行波和共振驻波均可实现ICF微球的有效操控，其中共振驻波驱动下微球的运动速度更快，验证了所提出的声操控的可行性和有效性。此外，该装置基于模态切换测控方法，无需显微镜即可实现ICF微球直径分类。

针对滚动轴承单一局部损伤故障动力学建模问题，基于Hertz接触理论，定义了接触变形保留因子，提出了基于静力学分析法的变刚度函数，建立了径向载荷作用下的滚动轴承单一局部损伤故障变刚度动力学模型，并进行了仿真和试验研究。研究结果表明，滚动体有效接触刚度在进入载荷区时突然增加，在退出载荷区和陷入故障时则突然减小，从而引起载荷区其他承载滚动体的接触力和接触变形突然减小或增加，以重新平衡外部载荷，但不影响其有效接触刚度；越靠近载荷区中心位置的滚动体受到的影响就越明显；同时导致系统总有效刚度突然增加或减小，从而引起系统振动。外环故障时，总有效刚度的变化是等幅的，导致时域振动响应也是等幅的；内环故障时，总有效刚度的变化和响应的幅值均受到内环旋转的调制而剧烈变化。提出的变刚度动力学模型与实际更加吻合，为有效地诊断滚动轴承故障提供了一定理论依据。

针对具有区间不确定性的柔性多体系统动力学反问题，提出了一种嵌套的Chebyshev 多项式代理模型和改进的粒子群优化(IPSO)算法，对系统中的输入和结构参数的边界进行识别。建立具有区间不确定性的多体系统动力学方程，并采用区间中点和区间半径来描述给定的区间不确定性的输出响应。对柔性多体系统动力学的输出响应建立 Chebyshev 多项式代理模型。通过IPSO算法反求未知参数的区间中点和区间半径。所提方法采用Chebyshev 多项式代理模型逼近原区间不确定性柔性多体系统，进一步节约了IPSO算法寻优过程的计算成本。

环境振动能量采集技术可为物联网低功耗电子设备提供绿色无源自供电技术，针对传统平直悬臂梁俘能器结构固有频率高，俘能效率较低的不足，提出一类叉型悬臂梁结构用于环境中振动能量的采集，克服传统悬臂梁结构自由端部分因振动时应变较小而不利于能量采集的缺点，从而提升系统的俘能效率。利用Lagrange方程建立音叉压电悬臂梁在谐波激励下的动力学方程，求解系统固有频率，综合对比理论解析、有限元仿真和试验结果，分析了结构尺寸、附加质量块以及负载电阻对系统俘能特性的影响。结果表明：在悬臂梁结构自由端处引入分叉结构可以降低系统的固有频率，证明音叉压电悬臂梁俘能器更有利于低频环境振动俘能；在加速度激励幅值为0.5 m/s²时，系统俘能输出功率峰值为7 mW；进一步优化结构，在自由端引入20 g附加质量块，系统俘能输出功率峰值提升至18 mW；设计压电俘能接口电路，采集转换的电能直接为LED灯（发光二极管）供电，可同时点亮50个LED灯。研究结果可为适配80 Hz以下的低频振动环境的能量采集以及实现低功耗物联网传感器的自供电设计提供理论支撑。

本文建立了压电宏纤维 (MFC) 致动柔性结构的流固耦合动力学模型。提出了测量水下MFC 致动柔性结构所受水动力的悬臂式测量机构，并给出设计指标。对悬臂式测量机构进行了实际参数标定，实验测量了MFC致动柔性结构在不同激励条件下所受水动力的动态变化过程，将获得的水动力分解为附加质量力和流体阻尼力分量，计算得到对应的惯性系数以及阻力系数随激励参数的变化情况。实验结果表明：当水下柔性结构振荡频率从2.5 Hz增大到其水下固有频率3.1 Hz时，其末端摆幅从3.67 mm增至最大值4.23 mm；相应地，其所受水动力载荷幅值从86.16 mN迅速增加到184.83 mN；而当振荡频率继续增大到4.0 Hz时，其所受水动力载荷的变化显著减小，变化幅度不超过15%。所提出的水动力测量方法以及实验结果为流体环境中智能柔性结构的设计分析提供了参考。

声学黑洞效应通过减缓结构中弹性波的传播并抑制边界反射，为振动能量回收提供了思路。设计了一种用于铁路轨道系统的双声学黑洞压电梁俘能装置，基于能量泛函变分原理与高斯展开法构建了钢轨-俘能装置的力-电耦合半解析模型，并经有限元模拟验证。结合列车荷载条件，系统分析了能量回收特性及其关键影响因素，包括黑洞几何参数和端部附加质量。结果表明：在0~1500 Hz频率范围内形成四个主要能量回收频带，最大输出电压为4.83 V，回收效率达2.23%。当压电片长度与结构弯曲波半波长匹配时回收性能最优，增强黑洞效应或合理配置附加质量可显著提升能量回收效率。

列车型材板结构是车体结构的主要组成部分，距离轮轨噪声源较近、噪声辐射面积大，其声学性能直接影响列车乘坐的舒适性。本文基于波数有限元和边界积分方程建立某列车地板铝型材结构的波数有限元模型和隔声预测模型，计算型材板结构的波数、传声损失和特征向量，研究铝型材的频散特性、隔声特性及截面弹性波波动形态，并将计算结果与参考文献中结果进行对比，验证了模型的正确性；在此基础上，研究型材板结构夹芯层拓扑几何形状对铝型材隔声特性的影响。结果表明：改变夹芯层拓扑形状会显著改变弹性波频散曲线的变化规律，影响铝型材的隔声性能；对比几种常见型材拓扑结构发现：“人”字型筋板结构具有较高的隔声量和较低的质量。本研究可为型材板结构的低噪声和轻量化设计提供参考。

为实现桥梁耦合极值应力的高精度预测，采用小波多分辨率分析法对监测极值应力进行分解，取分解后的低频数据为趋势项信息，高频数据为车辆荷载效应信息，趋势项减去其均值为温度荷载效应信息，通过以上步骤实现桥梁极值应力的解耦。建立双变量（引入随时间变化的趋势项）贝叶斯动态线性趋势性模型（BDLTM）对低频极值应力进行预测分析；采用GRU神经网络模型对高频极值应力进行预测分析；实现耦合极值应力的叠加预测。利用天津富民桥的监测耦合数据验证BDLTM-GRU模型的可行性，同时与耦合极值应力的单BDLTM和单GRU模型进行精度比较，验证BDLTM-GRU模型预测的高精度。

桥梁结构监测信号的自适应分解重构与降噪是桥梁健康监测领域的重要研究内容。为提供快捷有效的信号时频域降噪方法，针对VMD（variational mode decomposition）类处理方法存在的分解成分数量需预先确定的缺点，提出了一种自适应变分模态分解重构（adaptive variational mode decomposition and reconstruction, AVMDR）方法来执行信号降噪。通过引入EMD（empirical mode decomposition）来自适应确定分解成分数量，然后利用多尺度主成分分析对各阶成分进行降噪并重构。利用带有不同噪声水平的线性平稳、非线性非平稳模拟信号以及2座斜拉桥模型实测信号对所提方法的降噪性能进行了验证和对比分析。研究结果表明：AVMDR方法的降噪性能优于其他常用方法，各个降噪性能评价指标均为最优，且AVMDR方法在剔除噪声的同时能够更多地保留结构信息。

目前，斜拉桥索力传感器布置方案通常选择不同规格的斜拉索以及索力较大、应力幅值变化较大的斜拉索进行监测，缺少科学的斜拉桥索力传感器布置方法。本文以识别斜拉桥结构损伤为目标，提出一种基于灵敏度分析的索力传感器优化布置方法。该方法以斜拉索索力对结构损伤的灵敏度为基础，利用遗传算法来确定识别斜拉桥结构损伤所需要索力传感器的最小数目及其布置位置，并且在确定遗传算法初始种群和约束条件时充分考虑工程经验和索力传感器布置习惯。将所提方法应用于裕溪河特大桥数值模型，实现了以损伤识别为目标的斜拉桥索力传感器优化布置，并讨论了灵敏度阈值对传感器优化布置结果的影响。

为了满足结构在地震作用下的功能可恢复性，针对纯耗能阻尼器具有较大残余变形的问题，本文发展了一种装配式内置预压碟簧U形钢板自复位耗能支撑（U-SCEB），该支撑由预压组合碟簧自复位系统和U形钢板阻尼器耗能系统并联组成。相较于现有的组合碟簧自复位耗能支撑，U-SCEB具有更好的变形能力且可实现现场完全装配，震后可方便更换损坏的U形板。阐述了U-SCEB的构造与工作机理，并建立了其恢复力模型。通过拟静力往复加载试验研究了组合碟簧的自复位能力和U形钢板的耗能能力，进一步对U-SCEB开展拟静力试验研究其滞回性能。建立了该支撑的实体有限元模型，通过数值模拟探讨了不同设计参数对U-SCEB滞回性能的影响规律。研究结果表明：该自复位耗能支撑的构造简单且自复位机理清晰，可实现现场装配，各部件均可更换，恢复力模型呈双旗帜特征；在循环往复拉压荷载作用下，支撑的破坏主要表现为U形钢板的平直段与弯曲段连接处出现塑性破坏，滞回曲线表现出良好的耗能能力和自复位能力，同时具有较强的变形能力；为了实现支撑优良的自复位能力，组合碟簧的预压力需大于或等于U形钢板的最大承载力。

针对传统限位隔离系统参数不匹配导致的二次冲击问题，提出了一种以预紧式对合碟簧作为负刚度组件，并采用互斥磁体进行非线性正刚度调节的磁调节预紧式对合碟簧准零刚度(MMPDQZS)隔离系统的力学模型，分析了系统的静力学特性；建立了MMPDQZS隔离系统的数学模型，分析了不同阻尼参数对MMPDQZS隔离系统隔冲性能的影响规律；通过仿真计算和试验研究对比分析了无限位、等效线性限位和MMPDQZS限位隔离系统的冲击特性，以及冲击激励幅值对系统抗冲击性能的影响规律。结果表明：对于任意初始间隙，均存在一个最优黏性阻尼比使系统缓冲系数最小，且初始间隙越小隔冲效果越好；综合不同初始间隙，幂律流体阻尼比为0.02，速度相关指数在[2.2，2.3]区间内获得最优缓冲系数，且间隙等于4 mm时为最佳初始间隙；对于任意初始间隙，系统缓冲系数与库伦阻尼呈正比，且初始间隙越小缓冲性能越好；与等效线性限位隔离系统相比，MMPDQZS隔离系统不仅能够有效限制相对位移，而且大幅降低了系统的缓冲系数，提高了抗冲击能力。

组合型减隔震支座由滑动摩擦支座和弹性支座组成，该支座体系可以实现分离桥梁竖向承载系统与水平承载系统的目的，且具有较大的竖向承载能力和灵活的屈后刚度选择。为研究组合型减隔震支座体系的抗震性能，以某（4×40） m一联的连续梁桥为例，运用OpenSees软件建模分析了采用常规球形钢支座、全滑动摩擦支座和组合型减隔震支座支撑体系的桥梁的纵桥向地震响应，并讨论了抗震参数，如滑动摩擦系数和剪切刚度，对组合型减隔震支座抗震性能的影响。结果表明：组合型减隔震支座具有良好的抗震性能和自复位能力；滑动摩擦系数和剪切刚度会影响组合型减隔震支座的抗震性能，而合理选取抗震参数可有效控制支座的最大位移需求、支座残余位移和桥墩的地震响应。

提出了将拉索连接位移放大型阻尼墙系统跨层布置的耗能减震结构体系。根据拉索连接位移放大型阻尼墙系统的构造形式，分析了装置的变形和受力特点，提出了该减震装置的阻尼力及耗能理论公式。建立了简化数值模型，对影响结构性能指标的参数进行了具体分析，采用定点理论对拉索式阻尼系统进行了最优参数设计，并且推导了耗能变形放大率公式量化阻尼增效程度。对建立的某30层混凝土框架核心筒结构进行了地震时程响应分析，通过对比放大型阻尼墙层间布置和拉索连接放大型阻尼墙跨层布置这3种阻尼墙布置方案的减震效率，发现将拉索连接位移放大型阻尼墙系统跨层布置具有更优的减震效果。

为研究不同形式大跨度拱桥-轨道系统地震响应，以112 m提篮拱桥、140 m钢箱系杆拱桥、(24+160+24) m系杆拱桥及(52+382+52) m钢箱拱桥4种不同形式的拱桥为例，建立了考虑轨道、吊杆、拱肋、桩土共同作用的精细化有限元模型，揭示地震作用下大跨度拱桥-轨道系统动力特性，探讨地震波、地震强度及视波速对地震响应的影响。研究结果表明：一致激励作用下钢轨应力包络图呈反对称分布，最大值出现在梁端附近，拱脚处拱肋轴力最大；不同频谱特性地震波激励下，系统动力响应存在较大差异；地震强度的变化主要影响梁端附近钢轨应力，对中间梁段影响较小；行波效应对地震响应影响较大，拱肋轴力显著增加，钢轨最大应力相比一致激励下应力增幅达149.2%，跨中处钢轨纵向力大幅增加，可达503.4 MPa；视波速越小，轨道受力越大，且随着视波速的增加，钢轨应力分布逐渐接近一致激励。

目前关于近断层地震动作用下沥青混凝土心墙坝的研究多在SV波、P波单独斜入射的情况下进行，而实际上单波斜入射的假设是不全面的，近断层地震动应考虑SV波、P波组合斜入射的情况。本文基于地表地震动反演确定场地SV波、P波斜入射时程，在近断层SV波、P波组合斜入射的情况下得到心墙坝的变形及损伤情况，并分析坝体的损伤情况随水平向、竖向地震动强度指标变化的规律。结果表明：竖向近断层地震动强度指标引起的极限破坏概率与水平向引起的概率差异明显。近断层水平向地震动强度指标选择为T₁时谱加速度值S_a(T₁)₁、T₁时谱速度值S_v(T₁)₁、谱速度强度VSI₁和T₁时谱位移值S_d(T₁)₁，竖向地震动强度指标选择为加速度峰值PGA₂、T₁时谱加速度值S_a(T₁)₂、谱速度强度VSI₂和T₁时谱位移值S_d(T₁)₂时，其坝体预测破坏概率适中。在进行近断层地震动作用下的心墙坝易损性分析时，应考虑水平向、竖向地震动相结合的损伤分析方法。

为升级农村住房水平以满足人们日益增长的对舒适、安全、环保、节能的需求，提出并设计了一种轻型框架结构体系住宅，该结构体系以钢框架作为结构主体，外挂ALC墙板作为填充墙体。通过振动台试验检验其抗震性能，获得该轻型框架结构在地震作用下梁柱节点和房屋整体的抗震性能和地震响应规律。设计足尺结构模型，输入El Centro、Taft、北京人工波进行振动台试验，通过布设传感器测量结构的地震响应。试验过程中，墙板未脱落，节点连接完好，结构未倒塌；随着输入地震作用强度的增大，结构的加速度放大系数、相对位移随之增大，但结构自振频率逐渐降低；试验过程中主体结构构件保持弹性，6度设防地震作用下结构层间位移角均小于1/250；7度罕遇、8度罕遇地震作用下，结构的层间位移角超过1/250，但通过拉紧拉杆支撑可减小结构变形。试验结果表明，该轻型框架结构体系具有较好的抗震性能，可达到6度抗震设防水准，对于6度以上抗震设防区可通过增大拉杆拉力等措施增强其抗震性能。