自然界中的现象都与能量以某种形式的传递有关。目标能量传递现象,在机械结构中描述的是一种能量由振动主结构定向流动到非线性能量阱(Nonlinear Energy Sink:NES)的过程。能量阱一般可以看作一个集中质量,通过本质非线性元件连接在振动主结构上。其动力学行为完全由本质非线性特性控制,因此其振动特性的分析相较一般弱非线性结构有较大不同。针对其动力学特性以及振动抑制效率,在对目标能量阱机理的研究基础上,本文提出并研究了相关结构及模型。主要研究内容如下:(1)立方能量阱目标能量传递的机理研究。首先,利用平均法分析了无阻尼自由振动非线性能量阱系统的1:1內共振特性,揭示了振动系统频率与能量的依赖关系,得到了目标能量传递的阻尼条件,即阻尼不能大于所给出的临界阻尼。其次,研究了单频激励下立方能量阱的振动机理,结果表明其动力学特性类似于自由振动,产生目标能量传递的阻尼条件也是阻尼不能大于所给出的临界阻尼,对一阶尺度慢变方程进行稳定性分析,得到强幅值调制(Strongly Modulated Response:SMR)出现的条件,并给出了激励力满足幅值跳变的两个临界点的解析条件,给出了单频激励下能量阱立方刚度的设计策略,即三次非线性刚度数值满足复制跳变点处的解析条件。最后,将系统整个振动过程能量作为衡量吸振器效率的准则,比较了它与线性调谐最优动力吸振器(DVA)在不同频率处的振动能量抑制效率,指出能量阱对于单频激励的振动抑制效果设计频率处弱于DVA,但在其他频率处能量阱效果较好。(2)立方能量阱的最优目标能量传递。首先,利用复化平均法推导出无阻尼系统慢变幅值的不变流形和积分不变量,根据此积分不变量得出系统发生完全能量传递的临界条件,在此临界条件下即产生最优目标能量传递。其次,建立了最优控制方程,使得非线性刚度保持与能量的依赖关系,当存在阻尼时,根据积分不变量的变化,对最优控制方程进行了参数优化,结果表明设计的策略有效地提高了最优目标能量传递的振动抑制效率。最后,对Euler-Bernoulli梁的最优目标能量传递进行了研究,利用复化平均法建立了其不变流形的一阶尺度方程,数值结果显示对于梁的振动,附加能量阱在梁两端以及中间等位置时效率较低,而能量阱位于两侧中间处时效率最高;而且其非线性刚度同样存在临界值,即非线性刚度越过阈值时即触发目标能量传递,并且在阈值处即达到最优目标能量传递,而随着非线性刚度的进一步增大,振动抑制效率会缓慢下降,并设计了梁的实验结构进行研究,实验结果表明附加能量阱后梁的自由振动被迅速抑制,与数值结果较为一致。(3)碰撞能量阱的目标能量传递。首先,利用锯齿波变换方法对碰撞系统时间尺度进行变换,建立了基于锯齿波时间上的动力学微分方程,碰撞能量阱的振动完全依靠与LO的碰撞引发。其次,在1:1内共振的假设下,利用多尺度法获得了系统零阶尺度的动力学方程,并根据碰撞条件得到系统慢变幅值与碰撞恢复系数以及碰撞间隙的解析关系,推导出了最优间隙与慢变幅值的解析关系。根据此解析关系,由激励强度及碰撞恢复系数等参数,可以设计所需要的碰撞间隙,数值结果表明,在合适的碰撞间隙下,碰撞能量阱能够迅速吸收系统的振动能量,有较好的振动抑制效果。最后,对碰撞能量阱的质量比、阻尼等参数进行了分析,同时以立方能量阱为对比,结果表明两种能量阱在较大的参数范围内EDM及平均振动能量等都比较接近,说明两种能量阱动力学特性比较相似。(4)非线性能量阱的结构优化。能量阱一般对输入能量比较敏感,能量过高或过低都会导致振动抑制效率下降,针对这一问题本文提出了三种改进的能量阱结构,即多自由度能量均布能量阱、并联能量阱及立方碰撞能量阱。非线性能量均布的能量阱,即在不改变总质量的前提下,选取均布非线性刚度使得较大的能量范围内都有对应最优的能量阱,通过优化相关参数,来提升目标能量传递的效率。碰撞运动可以通过调节碰撞间隙改变能量阱振动的幅值和频率,将碰撞振子与立方振子结合,在较低水平的激励立方能量阱未发生目标能量传递时,引入碰撞可触发目标能量传递;在中等及较高水平的激励下发生目标能量传递时,碰撞可在一定程度上提高能量阱的振动抑制效率。同时,设计实验结构对立方碰撞结合的能量阱进行了实验研究,实验结果表明,利用本文提出的非线性能量阱,在合适的优化参数下,目标能量传递的效率得到了较大的提升。