摘要:为研究下击暴流特异风作用下超大型冷却塔响应特征与倒塌机制，以中国西北地区某在建 228 m 世界最高冷却塔为对象，采用分层壳单元法建立结构多尺度有限元模型，基于 LES 方法获得超大型冷却塔在下击暴流作用下三种典型工况处的内外面脉动风压，再结合增量动力分析法分析超大型冷却塔风致倒塌全过程变化规律，提炼超大型冷却塔在下击暴流作用下的倒塌机制，最后构建下击暴流风驱下超大型冷却塔倒塌失效准则。研究表明：下击暴流下塔筒表面风压分布模式与良态风差异显著，超大型冷却塔倒塌机制随下击暴流中心距离增大由内凹机制转换为外掀机制，且当能量失效指标 K≥2 时，超大型冷却塔倒塌破坏。

摘要:混凝土地下结构广泛应用于工程实际，但其在地表强冲击荷载下的振动安全评价方法有待完善。本文归纳总结已有国内外振动安全评价方法，基于已有的数值方法，进行关键影响因素的参数分析，包括冲击块体积、高度、数量、位置以及地下结构形式和埋深，建议了不同场地类别条件下矩形混凝土地下结构简单实用振动安全评价方法。研究结果表明：不同规范对地下结构振动安全的评价指标存在较大差异，且大多基于爆破工程或大量的实测数据统计，缺乏理论依据；场地土类别对地下结构振动安全具有显著的影响，因此必须依据场地土类别建议对应的地下结构振动安全阈值；地下结构振动速度与对应地表点的振动速度具有较好的线性关系，因此不便于获取地下结构振动速度时，可采用对应地表点的振动速度进行安全评价。

摘要:分数阶导数模型是描述黏弹性材料本构关系的理想模型。进行了分数阶导数线性系统非平稳随机振动的灵敏度分析。建立分数阶导数系统动力响应的时域显式表达式；采用灵敏度分析的直接求导法或伴随变量法，推导系统动力响应灵敏度的时域显式表达式；提出分数阶导数系统响应统计矩灵敏度高效计算的时域显式方法。所提出的基于直接求导法和伴随变量法的时域显式方法，分别适用于少设计变量和多设计变量两种情况下的响应统计矩灵敏度分析。以非平稳地震激励下设置分数阶导数黏弹性阻尼器的层剪切结构为数值算例，验证了所提方法的计算精度和计算效率。

摘要:研究受简谐激励含分数阶阻尼的 SD 振子系统的幅频响应特性，并与含整数阶阻尼的 SD 振子系统对比。提出求解系统运动微分方程刚度非线性的傅里叶等效模型，解决了系统运动微分方程刚度非线性不可积问题。使用平均法求解等效系统运动微分方程，得到幅频响应解析表达式，基于 Lyapunov 稳定性理论与 Routh 判据建立周期解稳定性判断条件，通过与数值方法结果对比，验证了幅频响应解析方法的正确性。研究表明，SD 振子系统非线性刚度项的傅里叶等效模型可以应用于系统大振幅运动的研究，大大提高了计算精度。阻尼系数相同时，分数阶阻尼系统的幅频响应与整数阶阻尼系统相比其共振频率及振幅发生了很大的变化；改变分数阶系数，会改变分数阶阻尼系统幅频响应骨架曲线，整数阶阻尼系统幅频响应骨架曲线不受影响；改变分数阶阶次时，分数阶阻尼系统振幅在分界点两侧变化相反。

摘要:由于受分数高斯噪声（fGn）激励的非线性系统响应不再具有马尔科夫性，基于扩散过程的理论方法不能直接用于研究此类问题。作为近似方法，宽带噪声激励的拟哈密顿系统随机平均法已经被用于解决此类问题。虽然，该理论方法在响应预测和可靠性分析方面取得了较好的效果，但是到目前为止还没有做过对近似方法的误差和适用性的解析分析。在本研究中，将近似方法用于分析 fGn 激励下的单自由度非线性系统，得到了系统响应的近似解析解，再结合已报道的精确解析解，用渐近分析的方法进行了误差分析，从而对近似方法的适用性进行了论证，为将来能够进一步扩展近似方法的应用提供了理论依据。

摘要:为建立设置支撑的一般线性黏弹性耗能结构阻尼器保护系统的抗震设计和动力可靠度分析方法，提出了在非扩阶空间上，基于非均匀和完全非平稳地震激励下，设置支撑的一般线性黏弹性耗能结构阻尼器保护系统响应的通用解析解。采用设置支撑黏弹性阻尼器的最一般积分型分析模型，用微分积分方程组实现设置支撑的一般线性黏弹性阻尼耗能结构系统的非扩阶建模；采用传递矩阵法，直接获得耗能结构阻尼器保护系统在任意激励和非零初始条件下瞬态响应的非扩阶模态叠加解析解；应用此解析解和随机振动频域分析法，获得了耗能结构阻尼器保护系统在一般和 8 种经典均匀与非均匀非平稳地震激励以及完全非平稳地震功率谱模型下的具体响应解析解。通过减震和隔震两种典型结构的复模态法和频响函数法的理论验证分析，以及均匀、非均匀、完全非平稳算例响应分析，证明了本文方法的正确性、简易性和普适性；所获得的瞬态响应解析解和非平稳地震响应分析法，一方面可对整体耗能系统各构件进行基于泊松假设的抗震动力可靠度分析，另一方面将为结构系统建立基于反应谱的模态叠加抗震设计提供分析路径。

摘要:由于工程系统的复杂性和参数不确定性，利用力学原理建立的动力学控制方程常难以满足精度需求。基于数据驱动的系统建模和响应预测，利用动力学状态方程的数值解模拟实验中测得的不同外激励下的系统响应，并用于训练神经网络，构建包含训练数据间已知关系的损失函数以提高模型精度，得到表达系统状态关系的数据模型。将该神经网络模型纳入常微分方程求解器，可预测系统在不同激励下的响应，并获得幅频响应关系。将建模方法分别应用于含立方型和间隙型非线性的弹簧质量系统，计算结果表明，可根据响应数据建立准确的数据模型，并获得非线性系统主共振时的滞后和跳跃响应。研究还表明，训练数据越多、数据覆盖状态越完整，数据模型精度越好，且预测响应的误差越小。

摘要:强风作用下往往产生大变形的非线性动力抖振响应，是导致电力网络风偏闪络和支撑杆塔风灾破坏的主要原因。为了揭示强风作用下输电线路风效应形成机理，以典型两跨输电线?绝缘子为研究对象，以绝缘子的风偏位移和杆塔对绝缘子端部的空间支座反力响应为考察重点，基于索结构力学，给出了静力平均风偏状态的非线性解，并考察了体系在风偏状态下模态、气动阻尼等动力特性的变化；推导了响应的影响线函数及模态参与系数表达式，提出了线性时域动力响应的计算方法；进而依据风工程理论，给出了脉动风振响应背景分量和共振分量的频域表达式；采用典型算例，通过与非线性有限元模型结果进行分析比较。结论表明，提出的三维振动时/频域理论模型及参数计算取值方法具备足够的工程效率和精度。研究为揭示输电线路风灾的破坏机理，完善输电线路结构的抗风设计提供了重要的理论基础和计算方法。

摘要:基于非局部应变梯度理论和 Mindlin 板理论，研究了热?力?电多场耦合下轴对称压电纳米圆板的振动特性。通过 Hamilton原理推导了非局部应变梯度本构框架内的运动方程，采用微分求积法数值求解了理论模型微分方程组，分析了压电纳米圆板的振动固有频率受内尺度参数与外场参数的影响。压电纳米圆板的固有频率随着非局部参数的增大而减小，随着应变梯度特征参数的增大而增大。当非局部参数小于应变梯度特征参数时，纳米圆板表现出刚度硬化行为；当非局部参数大于应变梯度特征参数时，表现出刚度软化行为。当非局部参数等于应变梯度特征参数时，纳米圆板的刚度退化为相应的经典连续介质理论结果。此外，固有频率随着径向压力和正电压的增大而减小，随着径向拉力和负电压的增大而增大，随着温差的增加而小幅减小。特别地，研究发现当径向载荷和电压增大到一定程度时，纳米圆板出现了振动失稳现象，并分析了非局部参数与应变梯度特征参数对失稳临界径向载荷及临界电压的影响。

摘要:基于 Mindlin 板理论，将高斯展开法引入到组合式开口矩形板弯曲振动问题研究中。选取高斯小波函数作为位移形函数，其本身的局域化特性能够准确捕捉到局部开口处的特征，提高计算效率；定义了高斯函数的伸缩因子和平移因子，通过伸缩和平移变换生成一系列用于拟合开口板位移场的基函数，增大伸缩因子取值使得形函数具有更高的分辨率，进而能更精确地模拟更高频的振动场；以能量法为基本框架，建立了开口板的拉格朗日能量泛函，并引入人工弹簧模型模拟各种边界条件，将边界条件以弹性势能的方式附加到开口板的能量泛函之中。通过与有限元软件的计算结果对比，验证了该方法的准确性与适用性。

摘要:为控制周期加筋圆柱壳在通带振动的远距离传播问题，拟采取肋骨尺寸无序配置的方式实现将振动局限于振源附近，为此开展了具有肋骨尺寸无序配置的加筋圆柱壳振动局域化研究。为定量预报局域化因子，将加筋圆柱壳各周向模式振动沿轴向的传播等效为耦合振子链的振动传播问题。以加筋圆柱壳有限元振动分析的结果为输入，使用结合波数分析的参数辨识技术给出了等效振子固有频率参数和耦合参数，利用耦合振子链的无序局域化因子公式预报肋骨尺寸无序配置加筋圆柱壳的局域化因子，用于判断振动局域化的发生。为预报局域化因子所需要的肋骨尺寸无序度参数使用了参考模型辨识技术。针对具有无序尺寸肋骨配置的加筋圆柱壳所开展的振动局域化分析结果表明，肋骨尺寸变化能导致单元对地刚度发生改变，从而导致单元固有频率发生改变。因此，肋骨尺寸无序配置可实现振动局域化，具体程度同振动模式、肋骨尺寸无序度参数和频率相关。

摘要:轮胎空腔共振噪声对汽车 NVH 性能有决定性影响。为研究轮胎内部添加多孔材料的降噪机理，从轮胎力传递率出发，通过试验验证了轮胎力传递率与空腔噪声的一致性；建立了轮胎力传递率模型，并验证了模型的准确性；通过该模型研究了多孔材料对轮胎空腔共振噪声的降噪机理。结果表明：多孔材料对轮胎空腔共振降噪效果是耦合结构振动与声学降噪共同作用的结果，选择多孔材料时要综合考虑多孔材料的物理参数与声学参数，研究结果为改善汽车 NVH 性能和提高低噪声轮胎设计水平奠定理论基础和方法指导。

摘要:为精确对大型风电机组进行共振分析及优化，通过研究不同缩聚点个数的柔性齿对系统模态的影响，指出了柔性轮齿缩聚的必要性和推荐数量，并建立了考虑主轴柔性和齿轮传动系统全柔性的传动链动力学模型。根据求解的风机传动系统固有频率，提出共振甄别五大筛选原则，识别出系统潜在共振点，通过扫频时/频域分析，甄别出系统危险共振点。根据共振频率振型特点对齿轮箱进行了模型优化，依据共振点数量和风电机组重量决定优化方案，研究方法和结果可以为大型风机多柔体动力学高精度建模和共振甄别优化设计提供参考。

摘要:提出了一种利用放大惯性力驱动的双固支梁压电振动能量俘能结构，可以实现宽频带范围内的阱间跳跃与振动能量高效转换。结构由惯性质量块与双固支弹性压电梁组成。在激励下，质量块的惯性力放大后通过连杆作用于两固支压电梁的中部，使得结构更容易实现阱间跳跃，产生大的电能输出。建立了系统动力学与压电耦合模型，并进行了理论分析。结果表明连杆参数对系统势能函数有很大影响，随机激励下系统可以实现双稳态之间的跳跃。加工了惯性固支梁双稳态俘能结构，且进行了实验研究。实验结果证明了惯性质量的增加可降低系统有效工作频率，俘能结构可在弱随机激励下实现频繁阱间跳跃，并在较宽的频带内保持阱间跳跃，因此在随机激励下能够产生大输出电压。

摘要:为满足气流管道监测系统的自供电需求，提出一种磁耦合激励的涡轮式压电气流俘能器。建立了俘能器的理论模型并进行了仿真分析，设计制作了样机并进行了试验测试，获得了磁铁排布、附加质量、压电振子串并联及负载电阻对其输出特性的影响规律。结果表明：在其他条件确定时，存在多个较佳气压使输出电压出现峰值，主频峰值的大小和分频的位置均与激励磁铁排布有关；通过附加质量可以调节最佳气压和输出电压峰值，采用多个不同附加质量的压电振子串联或并联可以拓宽俘能器的气压适应范围；存在不同的最佳负载使多个压电振子串联和并联时俘能器的输出功率达到最大，最佳负载及其所对应的最大输出功率分别为（40 kΩ，41 mW），（15 kΩ，50 mW）。

摘要:实际工程结构体量大、病害多，各局部损伤对结构整体性能影响差异大，关键区域的微小损伤将威胁整体结构安全。因此，有必要判定结构的关键区域，使结构监测、评估、管养主次分明，重点突出。提出了加权融合多阶动力特征解灵敏度的结构关键区域判别方法。基于振型质量参与系数确定了特征解数目和各阶特征解的权重系数，建立了融合多阶归一化的加权特征值和特征向量灵敏度的灵敏度指标，对灵敏度指标求二阶范数得到关键区域指标，作为关键区域判定依据。该判定方法是一种定量的判定依据。将该方法运用于一榀平面框架和一座上承式拱桥，结果表明，框架结构的关键区域为梁柱节点和支座附近的柱子区域，拱桥关键区域为拱圈的拱脚区域；另外，结构关键区域并非一成不变，局部损伤会导致原本不关键区域变成关键区域。研究的关键区域判别方法对提高健康监测和评估效率、节约人力物力有重要意义。

摘要:覆盖层及坝体材料参数的空间变异性往往显著影响沥青混凝土心墙坝?覆盖层系统的地震响应。提出一种基于数论选点的空间随机场模拟技术，通过数论选点方法实现随机点集分布优化，采用正态或对数正态分布函数考虑材料参数空间变异性，采用高斯型自相关函数考虑材料参数空间相关性，通过协方差分解生成随机参数库，实现了基于蒙特卡洛法的考虑坝体?覆盖层材料空间差异性及相关性的随机场模拟和“非侵入式”随机有限元计算。以某实际工程为例，选取静力邓肯?张 E?B 本构模型和动力等效线性黏弹性本构模型中的敏感参数作为随机参数，分析了沥青混凝土心墙坝坝顶、心墙顶水平向峰值加速度和坝体竖向永久变形的均值、变异系数及 95% 的置信区间限值等统计规律及概率分布检验；分析了输入地震动对随机响应离散程度和相对于确定值超越概率的影响。结果表明：数论选点法可以显著优化随机点集分布和提升计算效率；考虑材料参数的空间随机性会大概率引起坝体地震响应增大；坝体和覆盖层材料的空间差异性对坝顶和心墙顶水平峰值加速度的影响大于对永久变形的影响；坝体的地震响应统计结果不一定符合正态或对数正态分布；忽略材料参数的空间变异性会造成沥青混凝土心墙坝?覆盖层系统不同工况不同指标地震响应 50%~90% 概率的低估；覆盖层地震响应结果的离散程度大于坝体及心墙。

摘要:建立了三维隔震结构的平动?摇摆耦联动力分析模型，给出了结构动力方程，得到了三维隔震层的摇摆响应理论表达式，并进行了结构水平、竖向、摇摆频率比以及隔震层阻尼比等参数的影响分析，发现摇摆响应随水平、竖向、摇摆频率比的增大存在峰值区间，但总体上均呈减小趋势，且摇摆运动的激励频率由输入地震主频和水平运动频率共同控制。完成了三维隔震模型的振动台试验，对比验证了摇摆响应随竖向频率比的变化规律。最后进行了不同高宽比算例结构的地震响应分析，发现三维隔震结构的摇摆频率易接近摇摆激励主频造成共振，其摇摆响应随高宽比变化存在峰值区间，总体呈增大趋势。

摘要:在地震水平作用下，曲线梁桥的桥墩、不规则钢筋混凝土（RC）框架结构的边柱、角柱等受力构件，由于上部结构的重心偏心，使构件处于剪扭复合受力状态，而产生脆性破坏，脆性破坏往往会加剧钢筋混凝土构件的尺寸效应行为。为探究剪扭荷载相互作用下钢筋混凝土柱的抗震性能和尺寸效应，建立了不同扭弯比的钢筋混凝土柱剪扭复合受力三维细观数值模型，模拟分析了扭弯比对 RC 柱剪扭复合受力抗震性能和尺寸效应的影响。研究结果表明：在剪扭复合荷载作用下，钢筋混凝土柱破坏更具脆性，承载能力降低；扭弯比的增大导致构件变形能力，延性能力和耗能能力下降；扭矩的存在，在一定范围内增强了钢筋混凝土柱抗剪强度的尺寸效应。对比并修正了中国规范提出的剪?扭承载力相关方程，保证了预测结果的安全度。

摘要:已有研究表明惯容系统与基础隔震技术结合使用可以减小长周期地震动下基础隔震结构的动力响应，但惯容系统对层间隔震结构控制效果与基础隔震存在差异，需要进一步研究。提出将 SPIS?Ⅱ惯容系统应用于层间隔震结构，对惯容系统进行参数设计，通过数值分析研究长周期地震动下惯容?层间隔震结构的减震效果。结果表明：采用虚拟激励法求解结构的随机振动响应，能够快捷有效地确定惯容系统参数；惯容系统大大减少了隔震层位移，有效解决了长周期地震动下隔震层位移超限的问题，且随地震动幅值增大，位移减震率也随之提高；惯容?层间隔震系统在很好地控制上部结构响应的同时，进一步减小了下部子结构的地震响应。

摘要:耗能增效是惯容减震系统的典型特征。为充分发挥此特性并同时满足减震性能需求，提出将惯容减震结构耗能增效程度最大化作为目标，并以性能需求作为约束条件进行减震参数寻优。基于随机振动理论推导惯容减震单自由度结构在白噪声激励下的解析解；建立最大耗能增效设计所对应等效约束优化问题的数学表达式。鉴于表达式的复杂性，采用鲁棒性好且便于实现的粒子群算法对问题进行求解。在粒子群算法中引入自适应惩罚权重考虑约束条件，并采用自适应调整的惯性权重提高求解效率。基于 Python 语言编制了自适应权重粒子群算法程序对惯容减震结构最大耗能增效设计问题进行求解。设计实例的求解过程体现了自适应权重粒子群算法对求解惯容减震结构优化设计问题的有效性，动力时程分析结果表明设计参数实现了预设的减震性能需求。

摘要:针对时域非平稳振动信号模式混叠、信噪比低，以及传统稀疏表示算法模型复杂、优化求解算法难以确定，导致故障特征提取难的问题，提出了频域组稀疏和群桥约束改进迭代收缩阈值优化的故障特征提取方法（Group Sparse Representation in Frequency Domain，GSRF）。将振动信号转换至频域并对变量分组，构造施加群桥约束的最小二乘回归模型，准确筛选冲击相关变量；引入迭代重加权系数简化方程，以软阈值收缩优化求解频域稀疏信号；对重构的时域稀疏信号进行包络频谱分析提取故障特征。试验结果表明，提出的频域组稀疏算法优于传统的结合L21范数约束的组稀疏索套方法，可有效提取微弱故障特征，实现稀疏域下的轴承故障诊断。

摘要:针对传统 Lemple?Ziv 复杂度（Lempel?Ziv complexity，LZC）计算过程中，二值化处理时会改变原序列的动力学特征以及计算效率较低的问题 ，结合轴承故障冲击特征 ，提出复合字典匹配追踪算法（compound dictionary matching pursuit algorithm，CDMP）与变尺度 Lempel?Ziv 复杂度（variable scale Lempel?Ziv complexity，VLZC）分析相结合的滚动轴承内外圈损伤程度评估方法。采用 CDMP 对原信号进行重构，检测信号周期性冲击成分；根据冲击幅值将重构信号分为轴承故障冲击区和冲击衰减区，对信号冲击进行变尺度二值化处理后，将冲击作为迭代基本元素，采用遍历查找法计算其 VLZC 指标；根据 3σ 原则给出内外圈不同损伤程度的 VLZC 取值区间，引入 BP 神经网络对其损伤程度进行智能分类。结果表明，该方法能有效降噪，保留信号周期性冲击特征，抑制非冲击成分，提高迭代计算效率，实现滚动轴承内外圈损伤程度的评估。

摘要:在 STFT 的基础上提出了一种时间重分配多同步压缩变换（TMSST）结合相关峭度的柔性薄壁轴承故障特征提取方法。该方法通过对 STFT 结果使用压缩算子提高其时频聚集性；结合相关峭度准则选择最佳频率点处的脉冲特征；对脉冲特征分析得到其冲击频率特性。将所述方法用于柔性薄壁轴承内外圈故障信号特征提取，并将其与 S 变换结合相关峭度进行对比，结果证明所提方法在成功提取故障特征的同时能更好地反映故障特征频率的时变性，为轴承故障诊断提供了一种时频分析的新视角。

摘要:针对现有行星齿轮箱局部故障振动仿真模型使用小波变换和加窗振动分离技术进行故障诊断时效果不明显的问题，提出了一种以齿轮啮合冲击响应和齿轮啮合顺序为基础的行星轮局部故障振动仿真模型。以齿轮啮合冲击响应为基础，仿真正常齿和故障齿的单次啮合冲击振动响应；计算每次齿轮啮合的时间点，按照轮齿啮合顺序使用单次啮合冲击振动响应进行拼接，综合考虑振动信号的时变传递路径和太阳轮、行星轮和行星架转频的调制影响；建立了满足加窗振动分离技术故障特征提取的行星轮局部故障振动仿真模型。通过与行星齿轮箱的试验平台实测振动信号和振动仿真信号的分析对比，验证了所建立模型的正确性。

摘要:信号稀疏表示的过完备字典根据构造方式分为解析字典和学习字典两大类。解析字典结构固定，自适应性差。构建解析字典需要充分分析振动信号的振荡特性，获取充足的先验知识。学习字典摆脱了先验知识的桎梏，可以直接从信号中自适应地训练学习出来，自适应性强。结合信号保真能力较好的广义极小极大凹罚函数，提出了基于自适应学习字典的信号稀疏表示方法，改进了 K?SVD 算法中样本训练矩阵的构造方式，减少了运算时间，并且利用软阈值算法弥补了学习字典对噪声抵抗性较差的缺点。最后在缺乏先验知识的条件下，分别在轴承的仿真信号和实验信号的分析过程中，运用所提出方法实现故障诊断。

摘要:针对信号变分模态分解（VMD）存在分解层数难以确定、目标模态难以选取的问题，介绍了一种信号分解方法——变分模态提取（VME），且提出了基于 S 变换（ST）与 VME 的旋转机械故障诊断方法。VME 将信号分解成两层——期望模态和残余信号，并基于一个新的准则：期望模态与残余信号之间具有最小的频谱重叠。为了使VME 得到的期望模态包含充分的故障特征，采用 S 变换对信号进行处理，确定故障特征所在的频段，据此选取VME 期望模态的中心频率初始值。为了从期望模态中提取出故障特征频率，采用平方包络谱（SES）对期望模态进行分析。仿真信号与实际振动信号的分析结果表明，所提出的 ST?VME 方法能够成功提取出有价值的期望模态和准确的故障特征频率，实现旋转机械故障诊断，且与 VMD 相比，ST?VME 方法的目标性更强，实施更容易。