近年来,随着各种形式复杂的大型建/构筑物大量涌现,这类结构在极端环境荷载作用下一旦发生破坏必将导致严重后果,明确这类结构的灾变机理已成为科研工作者与工程技术人员的迫切需求。有限单元法作为当前最为流行的数值分析方法,能够对各种复杂形式的结构实现精细化模拟,已成为研究工程结构受力特征和灾变机理强有力工具,可为结构性能评估提供准确信息。目前,结构非线性分析一般采用有限元法变刚度求解格式,一旦有单元进入非线性状态即对结构整体刚度矩阵进行更新并分解,随着结构规模的扩大以及有限元模型精细化程度的提高,其计算成本将急剧增加,计算效率偏低。隔离非线性有限元法作为近年发展起来的一种结构非线性分析新方法,其核心思想是将有限元单元的材料应变分解为线弹性应变与非线性应变两部分,通过构造单元非线性应变场插值模型建立具有非线性隔离特征的单元控制方程,从而实现了整体刚度矩阵的弹塑性分离,通过引入Woodbury公式对其进行求解,避免了整体刚度矩阵的实时更新与分解,可显著提高结构在局部发生材料非线性时的计算效率。目前,隔离非线性法的基本理论框架虽已搭建完毕,但能够使用的单元模型较少,无法实现对不同类型工程结构的非线性高效模拟,因此有必要开展相关研究,丰富隔离非线性法的单元类型库,从而进一步拓展其工程应用范围。本文以隔离非线性法为理论基础,分别从单元以及算法层面提出了二维平面与三维实体结构的高效精细化分析方法。在单元层面,建立了能够模拟平面与实体结构材料非线性行为的隔离非线性单元模型,丰富了隔离非线性法单元类型库;在算法层面,考虑到已有的Woodbury求解算法对于大型精细化模型非局部非线性问题不太适用,故提出了改进Woodbury近似法,在保证计算精度与收敛速度的同时大大提高了非线性问题的计算效率;最后,将黏弹性人工边界与隔离非线性法相结合,提出了地震作用下土-结构动力相互作用问题的高效分析方法。本文主要研究内容如下:（1）建立了适用于二维平面与三维实体结构材料非线性分析的隔离非线性精细化分析模型。基于材料应变分解思想,将有限元单元的材料应变分解为线弹性应变与非线性应变两部分,为保证非线性计算精度,以单元数值积分点作为非线性应变插值点来构造非线性应变场分布函数,并基于虚功原理建立了隔离非线性单元控制方程,对单元控制方程中的非线性应变项进行静力凝聚,可以证明所建立的单元控制方程与传统变刚度法的单元控制方程等价。然而,由于在单元构造时引入了较多的非线性应变插值点,结构即便处于局部非线性状态其非线性自由度数也往往较高,精确Woodbury公式以及基于此提出的相关改进算法在求解此类问题时较为困难,因此对于平面或实体结构建议直接采用本文所提出的改进Woodbury近似法进行求解,数值算例验证了所提出单元模型的正确性。（2）提出了隔离非线性比例边界有限元法。以多边形比例边界单元为例,首先介绍了比例边界有限元法的基本格式,通过单元特性分析获得其形函数与应变矩阵,然后再将该单元人为拆分为若干个扇形子单元,在建立单元应变分解与非线性应变插值格式时认为各子单元之间相互独立,最后采用分片组合的方式构造出整个多边形比例边界单元的非线性应变插值格式。基于虚功原理并结合高斯积分算法推导了隔离非线性比例边界单元的单元控制方程,结果表明:比例边界单元的单元控制方程与有限元单元的单元控制方程在形式上完全一致,因此基于隔离非线性有限元法提出的相关求解算法对隔离非线性比例边界有限元法均适用。该思想对于多面体比例边界单元以及高阶比例边界单元同样适用,具有广泛的适用范围。（3）提出了改进Woodbury近似法,实现了大规模精细化模型非局部非线性问题的高效求解。改进Woodbury近似法以近似Woodbury法为基础,求解时直接采用矩阵Kinf的初始形式计算组合近似法的基向量,缩减基矩阵则通过基向量计算过程中产生的过渡变量进行计算,通过缩减基矩阵可直接构造出基向量正交化转换矩阵。改进方法将整体控制方程的一次迭代求解转换为多次的常刚度矩阵回代以及稀疏矩阵与向量的运算,大大简化了近似Woodbury法的迭代求解过程并降低了对计算机存储空间的需求,但却具有一致的计算精度与收敛速度。时间复杂度对比分析表明:改进算法的时间复杂度与非线性计算自由度数呈线性关系,且结构规模越大该方法的计算效率相较于传统变刚度法的提升也就越明显;此外,当精细化模型达到一定规模时,改进方法对于非局部非线性问题甚至是全局非线性问题均可保持其效率优势。（4）将黏弹性人工边界与隔离非线性法相结合,提出了土-结构动力相互作用问题的高效非线性分析方法。基于黏弹性人工边界条件,构造土-结构动力相互作用的隔离非线性运动微分方程,并采用Newmark-β法对该运动微分方程进行数值积分,建立了该问题的隔离非线性动力分析控制方程。该动力控制方程在形式上与固定边界的控制方程基本一致,仅需将黏弹性人工边界的弹簧与阻尼器刚度直接集成到近场土-结构模型的初始刚度矩阵与阻尼矩阵上即可,所得的计算矩阵仍具有稀疏带宽特性,而地震动输入则与传统黏弹性人工边界输入一致。该方法同时保留了黏弹性人工边界与隔离非线性法的优点,理论上对于成层或任意分层地基模型均适用。