针对柔索结构非线性动力学问题,提出了基于非均匀有理B样条(NURBS)的等几何配点法．利用哈密顿原理建立了耦合三个平动自由度和一个扭转自由度的柔索非线性运动方程,基于等参元的思想,利用NURBS基函数的高阶连续性和配点离散强形式的控制偏微分方程组,采用Newmark-β时间积分与修正的Newton-Raphson非线性迭代法求解离散动力学方程．通过与传统有限元法计算结果对比,验证了该数值方法的准确性和高效性．进一步分析了等几何配点法典型的收敛特性,表明该方法能有效处理非线性动力学问题．

从有限元仿真和试验两个方面研究特高压V形复合绝缘子串在风偏时的受力和变形特性,在Abaqus中考虑绝缘子串材料正交各向异性以及几何非线性的影响,利用Python语言建立了V形复合绝缘子串有限元模型.设计实施了V串风偏模拟试验,给出了位移测量中的坐标转化公式,通过试验验证了有限元分析的正确性.结果表明:迎风肢并非均匀受拉,其上部拉应力要大于下部;当背风肢屈曲时,可认为V形串退化为I形串,迎风肢单独承受导线自重和水平风荷载,提出的公式可以估算迎风肢最大拉应力;风力放大系数达到1.4时结构仍然安全,建议可取至1.3.

基于Love曲杆理论建立钢丝静力拉伸模型,由外荷载作用下单根钢丝平衡方程推导出钢丝轴力、弯矩、扭矩计算公式以及钢绞线截面弹性模量、抗弯刚度计算公式．利用Fortran编写程序,考察轴力变化时,钢丝螺旋角及钢绞线弹性模量、抗弯刚度等截面特性的变化规律．进一步研究了钢绞线弹性模量变化对结构受力性能影响及抗弯刚度变化对基频法计算拉索内力的影响．结果表明:随着钢绞线总轴力增加,钢丝螺旋角逐渐减小,钢绞线弹性模量和抗弯刚度逐渐增加;在外层钢丝螺旋角为0°即外层钢丝被拉直后,钢丝螺旋角和钢绞线弹性模量均不再变化;随着钢绞线总轴力进一步增加,钢丝半径和钢绞线抗弯刚度由于泊松效应影响略有减小．

针对地下工程中层状岩体表现出的横观各向同性特征,为了更好模拟地震作用下层状岩体受力和变形情况,围绕屈服强度的率相关性,提出了考虑应变率对黏聚力影响的动力强度准则．该强度准则综合考虑基岩与结构面的强度特征,结合与强度准则相对应的塑性势函数,推导了塑性应变增量的求解过程,建立了层状岩体动力本构模型．采用提出的模型模拟大型地下洞室群的动力响应特征,并与不考虑应变率对强度影响的模型计算结果相比较．结果表明:当考虑应变率影响时,计算得到的破坏区较小,围岩变形量更小,受力情况也更好．

基于损伤效应,采用有限元软件建立隧道洞口段三维数值模型,并结合现场监测分析考虑与不考虑损伤范围两种情况下麻栗垭隧道洞口段稳定性与安全性．由爆破实验结果得出爆破损伤影响范围约为5.0 m,通过与现场监测数据对比可知,考虑围岩损伤效应后数值模拟能更准确反映围岩应力、应变分布规律．经检验,工程支护体系具有足够的安全度．考虑损伤效应后的模拟结果与现场监测值更加符合,拱顶沉降和周边收敛误差分别减小了12.1％和32.8％,数值模拟误差明显降低．运用监控量测与数值模拟相互印证的方法可以更准确地分析隧道结构的稳定性,更好地指导施工,从而为麻栗垭隧道及类似地质下的隧道设计和施工提供理论依据.

为探明铁路隧道基底刚度对仰拱混凝土疲劳损伤的影响,研制了一种可变换基底刚度并模拟仰拱力学环境的加载装置,结合MTS疲劳试验机进行了仰拱混凝土疲劳损伤的试验研究,揭示了静动载耦合作用下隧道仰拱混凝土的疲劳损伤机理,构建了引入抗力系数的仰拱混凝土疲劳损伤计算模型,阐明了基底刚度对仰拱混凝土动态应变特征及疲劳损伤的影响程度．结果表明:隧道基底刚度对仰拱混凝土疲劳损伤和累积应变增长影响显著;随着基底刚度的降低,混凝土动应变及损伤值快速增长并发生疲劳破坏;混凝土损伤演化曲线与动应变曲线相似,均具有明显的三阶段变化特征;基于疲劳损伤拟合公式和抗力系数表达式,量化了基底刚度对混凝土疲劳损伤的影响程度;均布弹簧基底有利于混凝土抗疲劳性能的提高, 其疲劳寿命约为三点弯折条件下混凝土疲劳寿命的10倍.

为了研究不同风场下低矮房屋墙面的风压分形特性,利用分形理论分析风洞中A，B，C类风场下低矮房屋墙面的风压盒维数,对比分析了风压变异系数、风压系数功率谱与风压盒维数的关系.结果表明:风场类别的变化会引起风压盒维数的变化,背风面之外的3墙面风压变异系数的增大使得风压自相似性减小,风压盒维数减小;背风面风压时程的变化主要由漩涡脱落控制,风压自相似性相对更大,风压盒维数更大;风压系数功率谱的能量相对越集中,则风压时程的自相似性越大,风压盒维数也越大.

在状态空间法的基础上,提出考虑静风效应的三维颤振分析方法．以驸马大桥为工程背景,采用自由振动法识别攻角从0°到6°主梁断面的颤振导数,在考虑非线性静风引起的主梁附加攻角效应以及结构动力特性变化的基础上,运用状态空间法对大桥进行三维颤振分析．结果表明:附加攻角对颤振导数有明显的影响;在颤振临界点,静风效应会使主梁附加攻角增大、结构动力特性降低;3°攻角下考虑静风效应,桥梁的颤振临界风速会降低14％.

为明确长联大跨连续梁桥应用锁死销减震的布设方法,以某铁路主桥(62.5+5×96+62.5)m连续梁桥为工程背景,利用ANSYS建立整体有限元模型,以四种地震波为激励源,对不同锁死销布设数量连续梁桥的地震响应进行非线性时程分析,探求连续梁桥滑动墩墩顶锁死销布设数量的取值范围,进一步以不同墩高、不同跨数的连续梁桥为研究对象,对研究所得锁死销布设数量取值范围进行适用性分析,并研究了锁死销最佳布设位置．结果表明:长联大跨连续梁桥利用锁死销减震可明显改善连续梁桥抗震性能,锁死销布设数量取值范围较为宽泛．当锁死销布设数量小于墩台数量时,在固定墩两侧及紧邻端部墩台的桥墩上进行锁死销布设可取得最佳减震效果.

为推进装配式复合墙结构向中高层发展,提高墙体的受力性能并改善装配式墙体连接形式,设计制作3个竖向接缝为马牙槎形式、水平连接为焊板焊接形式的中高层装配式复合墙体(竖向边缘构件配筋率不同).通过对墙体试件的拟静力试验,研究此类墙体的破坏现象、破坏机制与滞回特性等,探讨不同竖向边缘构件配筋率对墙体刚度退化、强度退化及耗能的影响;并对比多层复合标准墙体,探讨关键抗震性能指标的变化规律.结果表明:采用马牙槎形式竖向接缝与焊板焊接形式水平接缝,预制墙板与边框协同工作良好,墙体试件破坏形态合理;随着竖向构件配筋率的提高,试件的屈服荷载、峰值荷载及破坏位移逐渐增大,而当开裂位移与开裂荷载增大到一定程度时,不再上升;竖向边缘构件配筋率适中的墙体试件的钢筋应变、刚度退化、强度退化及耗能等综合性能指标较好;通过合理设计可以保证墙体具有较高的承载能力及耗能能力;与多层复合墙体相比,中高层复合墙体连接方式可靠,承载力较高,可为中高层复合墙结构体系的工程应用提供支持.

采用低周反复加载试验方法对采用碳纤维加固的受损混凝土框架节点进行试验研究,详细介绍了未加固、直接采用碳纤维加固和受损后采用碳纤维布加固情况下强柱弱梁和强梁弱柱型框架节点的破坏过程．结果表明:节点受损前采用碳纤维布加固的效果比节点受损后再加固的效果好;节点受损后经碳纤维加固,其抗剪承载能力和抗变形能力均有所提高,但对抗变形能力的提高更显著;碳纤维加固使得强梁弱柱型节点的破坏模式从脆性破坏转变为延性破坏;碳纤维布对框架节点进行加固可有效改善节点的捏缩现象,提高其耗能能力;框架节点试件受损加固后随着轴压比增大,节点的耗能能力提高的程度却在不断降低．

为了有效提取与视觉感知质量高度相关的图像特征,改进图像质量评价方法,在深度学习的框架下,提出一个全新的卷积神经网络IQF-CNN结构,能自动学习判别性更强的图像质量特征,并利用学习的特征进行图像质量评价．同时,该算法采用局部亮度系数归一化、dropout等技术进一步提高网络学习能力．实验结果表明:该算法能较准确地评估五种常用的图像失真,尤其在JPEG压缩、JPEG2000压缩和高斯模糊图像失真上与人眼主观感知质量具有很高的一致性,整体性能比较优于其他经典评价方法.

针对云设计与制造环境下的协同设计CAD模型安全共享问题,提出了一个基于服务的安全特征数据交换方法．使用基于模型变形的方法,改变特征模型建模参数,实现对模型敏感信息的加密隐藏;使用直接特征数据交换方法实现异构CAD系统间的参数化建模数据交换;最后，采用面向服务的架构, 将特征CAD模型数据交换与安全保护方法以云端服务的形式提供给协同设计成员,并引入访问及授权控制机制确保服务为合法授权用户使用．实验结果证明了该思路的合理性及方法的有效性,可为云设计与制造提供灵活、高效、可扩展的安全数据交换解决方案.

针对无线传感器网络节点自身定位问题,提出了一种基于扩散策略的分布式多维尺度定位算法,给出了扩散策略和局部网络信息融合的方法．与传统多维尺度定位算法相比,该算法无须将所有信息集中到中心节点进行定位计算,而是在局部网络内进行定位迭代解算及信息交换再进行坐标信息融合．该算法在迭代过程中将未知节点视为锚节点,将原算法中被忽略的参数量引入优化目标方程,采用一组凸组合权值系数对交换后信息进行加权融合以得到节点自身坐标．仿真结果表明:改进算法与原算法相比在测量噪声较大时平均与最大定位误差均下降约10％,特别是当网络连通度较低时改进算法定位精度更高.

在已有概率、非概率不确定性描述理论的基础上,针对建模仿真中对不确定性下仿真结果的需求,提出一种基于概率抽样的异类不确定性联合传播方法．给出了基于概率框架的随机变量以及基于非概率框架的区间变量、模糊变量、不精确随机变量、模糊随机变量等不确定性描述方法．针对非概率框架下的不确定性描述方法存在的不确定性传播困难,分别给出了相应的概率框架转化模型．提出一种基于概率抽样的异类不确定性联合传播方法,实现了采用不同不确定性描述方法建模描述的不确定性变量的联合传播.

针对直升机仿真中的飞行控制问题,采用非线性动态逆控制方法设计并实现了直升机的姿态以及航迹控制模型．对直升机运动的各个状态量进行分组,划分“部分逆”回路,分别对各组状态量进行控制回路设计,内外环回路分别采用动态逆方法进行设计．通过内外环回路的解算,实现直升机对输入姿态角的跟踪以及对过载的控制,进而实现航迹控制．动态逆的非线性飞行控制模型设计,使直升机运动方程的非线性和线性部分兼容,较好地实现系统动态特性的解耦,简化了直升机控制系统设计,实现了直升机的各种机动动作．以黑鹰直升机数据为例,对模型进行了验证,结果显示:各控制通道的输出响应速度较快,控制结果较好.

针对非完整约束系统的高非线性和强耦合性导致整个系统存在着动力学特性复杂及运动稳定性难以分析等问题,通过空间算子代数方法建立系统的动力学模型,在此基础上采用李雅普诺夫指数方法分析了系统的运动稳定性,建立了动力学参数与系统稳定性之间的量化关系．最后以小车倒立摆为例,对整个算法的有效性进行验证．该方法与李雅普诺夫第二法相比,主要优点在于其可构建性,并能够量化分析系统动力学参数与运动稳定性之间的关系,可为机械结构设计及控制系统优化提供参考.

提出了一种基于Kullback-Leibler(K-L) 散度的非线性系统故障可诊断性量化评价和故障检测方法,在仅有系统解析模型的基础上,不依赖于系统故障诊断算法的选取而进行故障的可诊断性评价,从而在设计阶段为提高系统故障诊断能力提供理论依据．首先,以K-L散度方法为基础,对非线性系统进行故障可诊断性的量化评价研究,通过引入蒙特卡罗方法和稀疏内核密度方法,克服了K-L散度计算中残差概率密度函数难以估计和非线性结构的K-L散度计算复杂度高的困难;其次,在系统具有故障可检测性的基础上,通过计算K-L散度的距离差异度,进行非线性系统的故障检测,进而又分析了该方法故障检测的漏报率和误报率;最后,通过仿真实验验证该方法的准确性和有效性.

针对水下无线传感器网络长传播时延、低带宽、时空不确定等特点,提出了一种基于时间规划的媒体接入控制(MAC)协议．该协议主要通过规划时间序列合理安排数据传输时机,以避免数据冲突的发生,并以数据队列的形式传输有效数据,使得在一个握手周期内可以完成多个数据的传输,从而提高了信道的利用率．最后通过NS2仿真实验表明,当网络负载较高时,该协议能较大程度地减少控制包开销,提高网络吞吐量.

为了保证军事通信网络发挥保障军事组织中信息流顺利传输的基本作用,详细描述了基于信息流的军事通信网络抗毁性优化设计问题．在此基础上定义了基于信息流的军事通信网络抗毁性测度,建立了成本约束下的军事通信网络抗毁性优化设计模型,提出了基于禁忌搜索的模型求解算法．最后结合具体的军事通信网络抗毁性优化设计案例,对所提方法进行了实验验证．结果表明:该方法不仅可行有效,而且具有较好的稳定性和时效性.

为了解决已有语音活动检测方法在噪声条件下性能急剧下降的问题,提出了一种基于稀疏编码的语音活动检测方法．该方法在训练阶段为语音和每种可能的噪声训练字典;在识别阶段首先识别环境噪声类型,然后将语音字典和对应环境噪声字典拼接形成一个大字典用于稀疏分解,最后用语音字典上的稀疏表示实现语音和非语音的判断．该方法一方面引入了噪声类型识别,可以有针对性地选择噪声字典;另一方面引入噪声开集识别机制,能识别新的噪声类型并且为之训练模型．实验结果表明所提方法比传统方法具有更强的噪声鲁棒性.

为了满足移动语音通信中对语音内容保持操作的鲁棒性和区分性,并实现高效认证等要求,提出一种基于线性预测最小均方差(LP-MMSE)的高效语音感知哈希认证算法. 该算法首先对待认证语音进行预处理、分帧和加窗后的语音信号进行线性预测分析(LPC)得到其最小均方差(MMSE)系数矩阵;然后对分帧后的语音利用谱熵法计算得到每帧的谱熵值参数矩阵;最后结合上述两个矩阵,生成最终的二进制感知哈希序列. 仿真结果表明,该算法的感知哈希摘要性优于现有的其它方法并对内容保持操作具有较好的鲁棒性和区分性,认证效率高,能够满足语音通信实时认证的要求.