针对电气化铁路承力索锚结线夹绞线区域损伤难以准确监测的问题，研制了面向承力索锚结线夹绞线区域损伤的传感器来实现损伤的超声导波监测． 首先针对铜镁合
金承力索绞线的结构特点及超声导波的传播特点，设计了承力索单线导波引导针，并以导波引导针为核心构建了独立弹性导波激励接收单元; 然后基于承力索外层结构完成包含12 个导波激励接收单元的环形导波检测模块; 最后集成独立晶片控制电路与包覆保护操作手柄，形成新型超声导波传感器，结合脉冲反射法和小波降噪法对承力索锚结线夹绞线区域的结构损伤进行检测并判定． 19 芯铜镁合金承力索锚结线夹绞线区域的单线预设损伤检测实验结果表明，当传感器间距为0. 1m、传感器与锚结线夹中心间距为0. 4 m 时，经小波降噪后的损伤回波峰值与损伤深度呈正相关，判别平均相对误差为3. 16%，平均误差长度为0. 025m，小于锚结线夹长度0. 055m，说明所研制的传感器及相应的监测方法可实现承力索锚结线夹绞线区域最外层单线的损伤判别． 文中研究为电气化铁路接触网承力索锚结线夹结构的及时补强更换提供了有效的判定依据．

高黏度液体的pL 级微量分配和狭小空间内的点样是微量液体分配的难点，针对这个问题，文中从机理上分析了影响转印式pL 级点样性能的因素，通过实验研究了液体
黏度、移液针的移动速度、停留时间、液窝对点样性能的影响，实现了高黏度( 5、30 Pa·s)的pL 级液体分配和窄缝内( 0. 5mm × 20mm) 的微量点样． 研究结果表明: 低速点样时，液体分配量随着液体黏度的增加呈增加趋势，且受移液针停留时间的影响较小; 高速点样时，液体黏度对液体分配量的影响较小，但移液针的停留时间对点样量有较大的影响; 通过合理匹配参数，转印式液滴分配方法可以有效地抑制液窝的生成，减小随机因素的影响，实现高黏度液体的高准确性、高一致性pL 级超微量点样和狭小空间内的封装点样．

针对旋转机械振动信号中的工频干扰问题，提出了基于奇异向量频谱的消除方法． 振动信号经奇异值分解后，信号中的有用成分和工频分量被分解到不同的正交子空
间． 因奇异值谱表征信号中各个成分的能量分布，故先由奇异值谱估计与工频相应的奇异向量所在的子空间范围，然后在该范围的子空间内根据奇异向量的频谱特征确定与工频成分对应的奇异向量，进而确定工频成分对应的奇异值，将这些奇异值置0，用其余的奇异值和奇异向量重构为时域信号，从而达到消除工频干扰的目的． 仿真和试验结果表明，所提出的工频干扰消除方法是有效的，在消除信号中工频干扰成分的同时不会影响信号的其他成分．

从平面3-RRR并联机构的位形和关节驱动两方面，研究了位形的奇异性和驱动电机的伺服增益对机器人自激振动现象的影响． 首先建立了平面3-RRR并联机构的运动约束方程，求导得到速度约束方程和加速度约束方程，给出位置、速度、加速度的正、逆解，利用速度雅可比矩阵分析奇异特性; 然后搭建了实验系统，分析驱动电机的控制原理，分别测试在奇异位形和非奇异位形的自激振动，通过传感器测试驱动关节的位移、速度和加速度，并进行正解得到动平台的位置和加速度，正解得到的加速度与动平台实测加速度吻合较好; 最后通过调整驱动电机的伺服增益避免了非奇异位形处的自激振动．

基于风电液力传动装置数学模型，分析了主要结构参数对风电机组液力调速系统性能的影响; 根据导叶可调式液力变矩器的数学模型、传动系统的转矩及能量平衡公式
得到了液力调速装置运行时的输入、输出特性，以及整个传动系统的调速范围和效率; 定量分析了结构参数对系统传动效率的影响． 结果表明: 风电机组液力调速系统的调速范围及传递效率与液力传动装置的行星排参数、导叶可调式液力变矩器的循环圆直径有关; 依据风轮输入转速合理地选取风电机组液力调速系统的结构参数，不仅可保证液力调速风电机组的高效运行，还能提高风能利用率，降低风电机组的成本．

建立了齿轮传动系统集中质量模型，采用子结构法通过箱体有限元模型提取其集中质量参数，采用间接物理参数识别法通过基础加速度导纳提取其模态参数并转换为集中质量参数，并根据界面协调条件建立了齿轮－ 箱体－ 基础耦合系统的动力学模型． 以单级斜齿轮传动装置为例，计算了耦合系统在齿轮时变啮合刚度激励下的齿轮动态传递误差、轴承支反力及箱体振动． 耦合箱体与基础前后的系统动力学分析对比表明: 箱体及基础柔性对齿轮动态传递误差的影响较小，而对轴承支反力波动及箱体振动的影响较大;耦合模型能更准确地反映系统的动态特性．

磨损伴随在机械零部件的整个服役期内，对其寿命产生很大的影响． 由于磨损是一个动态复杂的过程，现有的磨损研究主要集中在实验研究，这必然会增加成本及产品设计周期． 为此，文中提出了一种基于Archard 模型的数值计算方法，并用该方法对线接触弹性磨损全过程进行数值分析，最终得到不同滑动距离下的法向接触压力及磨损深度变化图． 整个分析过程分步进行，即每计算一步都会更新表面接触形状，直至求出最大滑动距离下的磨损量． 计算结果表明，在有摩擦力作用的情况下，对于线接触，接触压力会相对于初始接触点出现偏移，且摩擦系数越大，偏移越明显，接触宽度也会略微增大; 在磨损过程中，接触状态会由线接触向面接触转化，压力分布的不对称性会逐渐减小，最终趋于对称分布． 实验结果表明，数值预测值与实验值相一致．

为有效表征性能退化条件下多状态系统的可靠性，确定各组件( 状态) 对系统的影响，文中对性能状态进行分析，提出了新的动态可靠性度量指标和性能水平限制下的重
要度计算方法． 首先，针对多状态系统马尔可夫过程的组合爆炸问题，应用通用生成函数法求解系统( 组件) 各状态的概率和可靠度、性能状态期望值、性能状态平均期望值和性能状态驻留时间长度等4 种动态可靠性度量指标． 然后，为满足系统( 组件) 的不同性能需求，综合评估各组件( 状态) 对系统的影响，用性能期望值定义了给定性能水平下的Birnbaum 重要度、Fussell-Vesely 重要度、风险业绩值和风险降低值． 四缸柴油机燃油供给系统的实例结果表明，文中方法既可准确地求解系统及其组件( 油泵和喷油阀) 的性能状态概率，以及性能退化条件下各性能状态的可靠度、期望值、平均期望值和驻留时间长度，又能根据性能水平限制下的4 种重要度综合评估各性能状态及组件对系统的影响，有助于识别出系统最薄弱的环节，提高系统可靠性．

基于传统的液力机械变速箱结构，提出了一种适用于百吨级以下矿用车的混合动力变速箱传动系统，使矿用车实现纯电、纯机械及混合动力等16 种不同工作模式的切
换． 利用模拟杠杆法分析混合动力变速箱系统在不同工作模式下的动力传动特点; 对两种不同传动方式下的矿用车整车结构进行仿真建模，并利用实际矿山道路循环工况实验数据对其进行仿真分析． 结果表明: 与传统的液力机械传动方式相比，混合动力变速箱传动方式下的整车驱动性能提高了7. 3%; 矿山道路单循环工况中，整车经济性能提高了15. 5%，其中54%是由于电机对发动机工作点的主动调节，46% 来自于电机对制动能量的回收利用．

为使无杆钻具能有效支撑在孔壁土体上，探讨了支护结构施加的预应力对孔壁土体稳定性的影响，提出了采用虚拟土柱模拟桩孔并结合广义Mindlin 解的方法，推导了预应力作用下孔壁土体中任一点的附加应力向量． 基于此附加应力向量，求取了最大预扭矩和最大预压力作用下支护板下方5 mm、宽50 mm 处各点的剪切应力及其相对强度． 结果表明: 当预扭矩与预应力分别为120 kN·m 和100 kN 时，最大剪切应力为6. 52MPa; 除了支护板两端部外，剪切应力相对强度均小于1，即总体上孔壁土体为稳定状态． 与试验结果的对比验证了文中方法的正确性，文中方法比Boussinesq-Gerruti 联合求解法和有限元法更加精确

腔体是超高层建筑塔楼的外向型公共空间，不同腔体的布局和尺度差异会影响建筑的室内风环境． 文中研究了腔体在过渡季节通过烟囱效应的拔风作用对室内自然通
风状况进行改善的可能; 通过选取广州地区南向接触式腔体为研究对象，建立简化的概念模型，借助特定的风环境模拟软件对室内风速、PMV-PPD( 预计平均热感觉指数和预计不满意者百分数) 进行计算分析． 结果显示，通过设置合理的腔体高度、腔体进出风口大小及位置，可以使大多数楼层在过渡季节获得稳定的自然通风，并使室内热环境处于人体舒适范围内．

碱渣是氨碱法制纯碱排出的废渣，由于其中含有大量的氯离子，利用非常困难．为解决这一问题，文中开展了碱渣的微观结构及氯离子溶出特性的研究． 结果表明: 碱渣
主要由纳米级碳酸钙通过结合和搭接形成的多孔碳酸钙、二水石膏颗粒构成，存在发达的孔隙结构，包括碳酸钙聚集体颗粒和二水石膏颗粒之间的空隙、聚集体内部的团聚体颗粒之间的微米级孔隙、团聚体颗粒内部的纳米级孔隙; 碱渣中的氯离子绝大部分存在于颗粒间的空隙及碳酸钙颗粒内的微米级孔隙中; 建议采取加水充分打散碱渣、再使固液分离的方法去除氯离子．

提出了基于应变能的索穹顶结构索杆破断敏感性分析方法及其指标，给出了敏感性系数的定义，即索杆破断后振动过程中结构总应变能变化幅值与索杆破断前平衡态结构总应变能的比值． 以此系数作为评价结构对索杆破断敏感性的整体指标，将其应用于Levy 型索穹顶结构索杆破断的敏感性分析，并与其他方法及指标进行了对比． 结果表明:Levy 型索穹顶对环索和中心撑杆的破断最为敏感，其中最外圈环索破断对应的敏感性系数最大，因此应着重提高环索和中心撑杆的安全储备; 文中提出的评价指标对柔性索穹顶结构较为适用，能够从宏观上表征结构对索杆破断的敏感程度．

为实现对海洋盐雾环境与疲劳交变荷载共同作用的模拟，研制了全国首台海洋环境与动荷载耦合试验设备，该设备包括环境箱和加载装置两部分; 运用该设备对9 个试件进行9 种工况下的耦合试验，主要测定参数包括加载频率及梁的应力水平． 结果表明:在加载频率相同的情况下，应力水平越大，同深度下的氯离子含量越大; 在应力水平为0. 30 及0. 50 的情况下，加载频率越大，扩散系数越大; 受拉区的氯离子传输速度较受压区明显． 由试验数据拟合与由静载经验公式计算得到的混凝土氯离子扩散系数D 值的对比表明，加载频率对构件的氯离子传输存在较大的影响．

地铁隧道盾构施工始发与到达段容易出现塌方、涌水( 泥、砂) 等工程事故，因此该区域地层的加固优化设计尤为关键． 文中结合长株潭城际铁路树木岭盾构隧道始发段
地层加固工程实际，首先采用弹性薄板理论计算不同安全系数下端头土体的纵向加固范围，并利用强度理论和滑移失稳理论对土体进行强度及稳定性验算; 然后基于Terzaghi 围岩压力理论确定浅埋盾构端头土体的横向加固范围，利用FLAC3D 建模分析不同加固范围盾构施工对周边环境的影响，依据相关监测规程及设计文件要求，从经济性和稳定性角度确定优化后的端头土体加固范围，并应用到该工程中． 优化后的数值模拟数据与实际监测结果吻合较好，说明优化后的设计方案是合理的．

为使隧道施工中开挖进尺的选择更加合理，提出了掌子面超前核心土对数螺旋破坏模式，该模式由拱顶围岩与超前核心土两部分组成; 针对拱顶围岩，基于Janssen 筒仓
理论和Mohr-Coulomb 强度准则建立了竖向力计算公式，而针对掌子面超前核心土，基于对数螺旋破坏模式推导了循环进尺计算公式，建立了循环进尺与内摩擦角、黏聚力、支护压力、开挖高度等参数之间的相互关系． 研究结果表明: 在施工阶段考虑隧道掌子面稳定性时，必须考虑循环进尺的影响，掌子面附近围岩状态的短期改变会使掌子面超前核心土所需的支护力比未考虑循环进尺的情形急剧增长; 黏聚力与内摩擦角的改善对循环进尺与掌子面区域稳定性具有重要的意义，而支护力对该区域的影响具有临界性，不可盲目增大．

为了解复合材料加筋结构受到冰雹冲击后的损伤特性，基于软件Abaqus 建立了复合材料加筋结构的有限元模型，采用光滑粒子法模拟了冰雹撞击的过程，分析了冲击位
置、冲击能量及冲击入射角对复合材料加筋壁板冲击动力响应的影响，探讨了面板与筋条的分层和面板的损伤情况，通过对比数值模拟与试验结果验证了文中所建有限元模型的准确性． 在各种损伤形式中，基体的拉伸损伤和面板与筋条的分层损伤最为显著; 冲击点为筋条的边缘时，面板与筋条的分层损伤最为严重．

假设功能梯度材料中陶瓷组分体积分率服从幂率分布，材料属性沿厚度方向连续变化且与温度相关，采用经典的Donnell 壳体理论和伽辽金原理研究了功能梯度材料椭圆柱壳的热力耦合屈曲问题． 推导了功能梯度椭圆柱壳的屈曲控制方程及屈曲临界温度的解析表达式，分析了均匀分布、线性分布及非线性分布( 考虑热传导效应) 的温升环境对材料物性的温度相关性的影响，以及屈曲临界温度随截面离心率、材料组分参数的变化规律． 结果表明: 材料物性温度相关性对屈曲临界温度的影响较大，若将其忽略，可能导致屈曲临界温度被高估15%; 在考虑物性温度相关性的情况下，均匀温升作为温度公式的简化，可能导致对真实结构屈曲临界温度的低估; 屈曲临界温度随着椭圆截面离心率、径厚比及组分参数的增大而减小．

为揭示复合材料在拉伸过程中的破坏机理，对石墨烯/碳化硅复合材料的拉伸力学性能进行了分子动力学模拟． 研究结果表明: 石墨烯与碳化硅接触的界面结构会影响复
合材料的整体力学性能; 相较于纯碳化硅，石墨烯/碳化硅复合材料在拉伸时，损伤更容易在界面处成核并生长; 当石墨烯与碳化硅通过不同界面接触时，石墨烯与基底之间的不同相互作用使复合材料有不同的力学性能，相较于石墨烯直接与碳化硅的C 表面接触，当石墨烯与Si 原子接触时复合材料有更高的强度和失效应变．

通过在正六边形蜂窝结构的节点上增加次级六边形蜂窝结构，形成一种层级蜂窝芯层结构，利用LS-DYNA 有限元软件分析了层级蜂窝铝夹芯板在爆炸载荷作用下的动力响应和吸能特性，研究了载荷与芯层构型对结构变形和能量吸收的影响，并与传统蜂窝铝夹芯板进行了对比． 结果表明: 在所研究的范围内，当载荷较小时，传统蜂窝铝夹芯板的后面板挠度较小; 当载荷较大时，多层级蜂窝铝夹芯板的后面板挠度较小，抗冲击能力较好，并且这种优势随着载荷的增加愈加明显; 改变芯层层级参数对结构后面板挠度的影响较小，但对芯层比吸能有较大的影响，当层级参数为0． 1 时，芯层比吸能最高．