检索结果-南通市图书馆

作者：廖瘦石湖南科技大学

学位级别：硕士

动力总成的振动控制是液压挖掘机振动控制的主要内容,设计合理的悬置系统能有效隔离动力总成工作时产生的振动,避免产生过高的振动噪声,提高驾驶员的操控舒适度,避免车身连接件的早期疲劳损坏。因此悬置系统的优化分析是降低挖掘机振动... 详细信息

动力总成的振动控制是液压挖掘机振动控制的主要内容,设计合理的悬置系统能有效隔离动力总成工作时产生的振动,避免产生过高的振动噪声,提高驾驶员的操控舒适度,避免车身连接件的早期疲劳损坏。因此悬置系统的优化分析是降低挖掘机振动噪声水平的关键措施。文中以国产某型挖掘机的动力总成悬置系统为研究对象,建立其六自由度理论模型和ADAMS仿真模型,在模型验证的基础上开展时域、频域仿真分析。分析结果表明,系统存在严重的耦合现象,固有频率分布不合理,且怠速时悬置垂向支撑合力的稳态幅值较大,需进行优化设计。利用优化软件ISIGHT,以悬置刚度为设计变量,系统能量解耦率为目标函数,考虑固有频率的合理分配及刚度比值为约束条件,建立了基于能量解耦法的确定性优化模型。优化后系统的解耦程度得到明显改善,固有频率均满足了隔振要求。同时,分析了能量解耦法的局限性,综合考虑解耦率与振动传递率为目标函数,开展确定性优化分析,优化后系统耦合现象有了明显改善,且悬置垂向支撑合力的稳态幅值得到大幅降低,系统的振动传递率指标也得到降低。为了得到更为可靠的优化结果,综合考虑了悬置元件刚度、安装位置、安装角度与系统惯性参数的不确定性因素的影响,利用6σ质量设计法,对基于能量解耦法的确定性优化方案进行稳健性分析。分析结果表明:确定性优化方案在不确定误差的干扰下极易跳出约束范围,达不到预期优化效果。因此,建立了基于能量解耦法的稳健性优化模型,稳健性优化后的解耦率、系统固有频率均约束在合理范围内,且固有频率、能量解耦率、频率间隔及刚度比值的稳健性较之确定性优化方案得到大幅提升,确保了系统性能在不确定性的误差干扰下仍能达到预期的优化指标。最后,利用蒙特卡洛法对稳健性优化结果进行进一步地验证。同时,为了更全面地分析悬置系统的隔振性能,通过对车架进行柔性处理,建立了整车刚柔耦合模型。在模型验证的基础上仿真得到悬置元件的隔振传递率指标。结果表明:悬置系统在中、高速工作转速下满足了隔振要求,但怠速下的隔振传递率还有待提高。将不同优化方案所得到的悬置刚度代入整车模型进行分析,分析结果表明,优化后各悬置垂向隔振传递率均处于合理范围之内,系统固有频率约束更为合理,且系统耦合程度有明显改善。同时,进行了工况条件下的仿真分析,结果表明优化后悬置系统的隔振性能得到改善,进一步验证了优化方案的有效性。文中建立的整车模型对悬置系统的隔振研究具有一定的参考价值。

关键词：液压挖掘机动力总成悬置系统蒙特卡洛法稳健性优化

薄壁构件的抗弯性优化及其在车门防撞梁上的应用

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薄壁构件的抗弯性优化及其在车门防撞梁上的应用

作者：张伟合肥工业大学

学位级别：硕士

汽车碰撞安全性是现代汽车工业研究的最关键内容之一,而如何提高汽车在碰撞事故中的抗撞性能是汽车安全性能设计中的核心问题。薄壁构件作为传统、有效的吸能元件，在车身吸能装置中已得到了广泛的应用，因此，薄壁构件抗弯吸能特性的... 详细信息

汽车碰撞安全性是现代汽车工业研究的最关键内容之一,而如何提高汽车在碰撞事故中的抗撞性能是汽车安全性能设计中的核心问题。薄壁构件作为传统、有效的吸能元件，在车身吸能装置中已得到了广泛的应用，因此，薄壁构件抗弯吸能特性的研究将对汽车碰撞安全性的设计起到至关重要的指导作用，具有十分重要的工程意义和学术价值。本文在已有研究的基础上，结合显式有限元仿真技术、试验设计与近似建模技术，构造了基于6稳健性分析的优化方法，对薄壁结构的截面特征参数进行了优化。本文基于已有的研究成果，综述了薄壁构件抗弯性优化以及车门静强度分析过程中会涉及到的有限元仿真与优化方法的基本理论。在此基础上，结合有限元前处理软件Hypermesh，显示有限元软件LS-DYNA以及集成优化平台Isight，对三种不同截面的薄壁构件进行了有限元建模和仿真，分别构建了各响应的Kriging近似模型。在保证近似模型精度的基础上，对薄壁构件进行了抗弯性能的确定性和稳健性优化设计。为了验证优化结果的准确性和可靠性，将最优抗弯截面薄壁结构应用到车门防撞梁上，依据FMVSS214法规要求对整车有限元模型进行车门静态强度仿真，详细叙述了建模步骤，从仿真精度、碰撞变形、碰撞力三个方面对分析结果进行了讨论，说明了优化后方案的车门整体强度大于初始方案，防撞梁优化方案达到预期效果。论文研究表明，在薄壁构件抗弯性的优化设计中，本文提出的基于稳健性分析的优化方法和优化流程是十分有效的，同时本文将薄壁构件优化结果应用至车门防撞梁，验证了薄壁结构优化方法的有效性，这些对汽车碰撞安全性的优化设计具有重要的参考价值和借鉴意义。

关键词：薄壁结构防撞梁抗弯性稳健性优化近似模型

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基于不确定性的车辆底部防护结构优化设计

基于不确定性的车辆底部防护结构优化设计

作者：吴凯南京理工大学

学位级别：硕士

伴随着现代战争模式的转变,地雷和简易爆炸物等对军用车辆带来的威胁日渐增长,车辆底部防护组件的合理运用能有效降低此类威胁造成的伤害并对乘员安全提供保障。在车辆底部防护组件设计过程中,需要考虑整车防护性能、轻量化性能和车辆... 详细信息

伴随着现代战争模式的转变,地雷和简易爆炸物等对军用车辆带来的威胁日渐增长,车辆底部防护组件的合理运用能有效降低此类威胁造成的伤害并对乘员安全提供保障。在车辆底部防护组件设计过程中,需要考虑整车防护性能、轻量化性能和车辆机动性等性能之间的平衡,设计通常为多目标优化问题。传统的防护结构优化设计过程中往往不考虑材料属性和结构尺寸等不确定性因素,使得优化结果趋向于约束边界,设计的可靠性和稳健性不足,产品在应用时性能波动较大,体现在车辆防护中即为乘员损伤超标。因此考虑变量不确定性,开展不确定性优化是十分必要的。本文将不确定性优化方法引入车辆防护组件优化设计中,以提高设计的可靠性和稳健性,主要方法如下:本文首先针对基于台架的防护组件完成了实爆试验和仿真分析,并基于对标后的有限元模型制定了多目标优化流程。优化过程中对组件的各项设计变量进行灵敏度分析,获得了最优材料选型和结构布置,并引入可靠性优化,将其结果与确定性优化进行对比。结果表明:可靠性优化为设计带来了更高的可靠度,在提升防护组件防护性能和轻量化性能的同时保证了设计的可靠性。后续参照防护组件台架设计思路,进行了整车防护组件的设计优化。首先通过整车实爆试验和仿真获得了准确的有限元模型,随后借鉴基于台架的组件设计思路,完成了初代整车防护组件的设计,并通过仿真验证了结果。后续在优化过程中引入不确定性优化:可靠性优化和稳健性优化,并对不同约束程度下的不确定性优化结果进行了讨论对比,最终通过仿真完成验证。结果表明:稳健性优化虽然在最优解数值上做了让步,但提高了设计的可靠性和稳健性。本文的设计思路和研究成果为军用车辆防护组件抗爆炸不确定性优化设计提供了参考和指导。

关键词：爆炸冲击防护组件确定性优化可靠性优化稳健性优化

车门结构多目标可靠性优化设计的随机有限元法

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车门结构多目标可靠性优化设计的随机有限元法

作者：梁海滨东北大学

学位级别：硕士

工程结构中广泛存在着依赖空间位置的随机性,这些不确定性因素对于结构的安全性能和服役状态有着很大的影响,因此,基于随机性有限元分析的结构优化研究引起了广大学者的关注。本文讨论了 Galerrkin多项式的随机场的离散理论数值方法,并... 详细信息

工程结构中广泛存在着依赖空间位置的随机性,这些不确定性因素对于结构的安全性能和服役状态有着很大的影响,因此,基于随机性有限元分析的结构优化研究引起了广大学者的关注。本文讨论了 Galerrkin多项式的随机场的离散理论数值方法,并结合Kirchhoff-Mindlin板理论,围绕汽车车门结构轻量化的问题,开展随机有限元动力分析,并在此基础上进行了稳健性与可靠性优化设计。论文的主要研究内容包括以下三方面:（1）随机场的表征离散化针对二维空间中的随机场,文中用K-L级数法对变量进行离散化,对随机场的积分特征方程用高阶多项式单元的Gakerkin数值方法求解。在车门结构的数值案例中,实现了在不同的协方差函数类型下高斯型随机场的研究,并对比分析随机场均值和标准差的误差大小。此外,还探究了处理二维非高斯型随机场的数值方法,较好的实现了未知参数分布下的非高斯型随机场。（2）车门的随机动力学有限元分析结合Kirchhoff-Mindlin平面板理论,并基于随机场不确定性因素的条件下,进一步推导了随机场的结构有限元模型的单元矩阵表达式,得到了自由振动模态振型及其位移频率响应的动力方程。对车门几何模型参数化建模并进行映射网格划分,利用单元位置和节点坐标等内容,开展车门复杂结构的随机动力有限元分析,包括自由模态下的模态频率、振型和强迫振动下的谐响应的分析,以及研究了受外载荷下的静应力分布及刚度的大小,对随机动力响应进行不确定性下的均值估计,为结构的优化设计作进一步指导。（3）稳健性优化设计与可靠性优化设计对车门零部件厚度进行灵敏度分析,将对车门性能影响较大的板件厚度作为优化设计变量。在车门结构多目标优化模型的建立过程中,利用了拉丁超立方试验设计（DOE）、随机场离散（K-L）、响应面模型（RSM）、优化算法（SQP＆GA）和蒙特卡洛模拟（MCS）等技术。将结构中的板厚、材料的弹性模量和密度等随机参数的变异性引入到优化分析中,从确定性优化和随机性优化角度对各部件的厚度进行优化设计,从而提高了设计变量的可靠性和目标函数的稳健性。

关键词： K-L级数展开稳健性优化可靠性优化随机有限元法

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圆碟形水下滑翔机耐压壳参数化设计与优化

圆碟形水下滑翔机耐压壳参数化设计与优化

作者：英扬大连海事大学

学位级别：硕士

圆碟形的水下滑翔机是一类新类型的水下滑翔机,它有很好的操作性能,极佳的机动性能,在军事的探测与科学的研究等方面应用比较广泛。就圆碟形水下滑翔机而言,其耐压壳结构的主要作用是承受水下压力,并提供安全的工作环境给研究人员及设... 详细信息

圆碟形的水下滑翔机是一类新类型的水下滑翔机,它有很好的操作性能,极佳的机动性能,在军事的探测与科学的研究等方面应用比较广泛。就圆碟形水下滑翔机而言,其耐压壳结构的主要作用是承受水下压力,并提供安全的工作环境给研究人员及设备环境,它也是潜水器浮力的主要供应单元,更是影响滑翔机的水动力性能的关键因素。传统水下耐压壳的重量占整个滑翔机自重比例是25%～50%。因此,对水下耐压壳体进行轻量化能够有效降低滑翔机的重量。本文以圆碟形的水下滑翔机的耐压壳为研究目标,所做主要工作如下:首先,根据滑翔机所处的工作状况、受力特点等来建立合理的力学模型。使用APDL编程语言对圆碟形耐压壳参数化的建模与有限元的分析,并定制用户界面。这种方法极大的减少了分析过程中反复的建模,提高数值模拟分析效率。其次,利用ANSYS自带优化的模块对圆碟形的水下耐压壳实行优化设计。选用零阶与一阶优化这两种方法对耐压壳以质量为目标进行单目标的优化。优化后耐压壳的质量减轻了 29.4%,轻量化的效果显著。再次,使用ANSYS WORKBENCH的优化模块,将耐压壳的质量与应力这两个响应同时作为目标函数,对7个设计变量采用拉丁超立方的采样。然后建立Kriging近似模型的响应面。基于近似模型采用NSGA-ⅡⅡ算法求得耐压壳的多目标最优解。优化后整个滑翔机的性能得到很大的提升。然后,运用ISIGHT集成ANSYS对圆碟形水下耐压壳进行组合优化设计,以质量为目标建立MIGA与Hooke-jeeves相组合的单目标优化设计,在多目标组合优化过程中,将质量与应力同时作为目标,采用AMGA和Hooke-jeeves相组合的多目标优化算法,表明多目标的优化更适合耐压壳结构。通过比较选出了最适合圆碟形水下耐压壳轻量化的设计方案,即基于近似模型NSGA-Ⅱ多目标优化设计。最后,考虑不同软件差异及设计变量的不确定性,在集成软件ISIGHT中建立径向基神经网络近似模型,对圆碟形水下耐压壳实行6σ稳健性的优化,优化后结构更稳健。

关键词：参数化近似模型轻量化组合优化算法稳健性优化

矿用自卸车动力总成悬置优化及整车平顺性分析

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矿用自卸车动力总成悬置优化及整车平顺性分析

作者：尹庆湖南大学

学位级别：硕士

随着矿用自卸车技术的不断发展，人们对其乘坐舒适性要求日益提高，振动噪声水平已成为衡量矿用自卸车性能好坏的重要标志。动力总成是矿用自卸车振动的主要激励之一，对矿用自卸车的乘坐舒适性有重要影响。悬置系统连接动力总成与车架... 详细信息

随着矿用自卸车技术的不断发展，人们对其乘坐舒适性要求日益提高，振动噪声水平已成为衡量矿用自卸车性能好坏的重要标志。动力总成是矿用自卸车振动的主要激励之一，对矿用自卸车的乘坐舒适性有重要影响。悬置系统连接动力总成与车架，主要隔离动力总成激振力和高频噪音向车架的传递。选择合适的系统参数能够改善整车NVH(噪声、振动和舒适性)性能，还可以改善动力总成和车架等部件的受力和运动状态，保证其工作安全可靠。本文以SF33900型矿用自卸车为研究对象，首先阐述了矿用自卸车动力总成悬置系统隔振理论;然后建立动力总成悬置系统6自由度数学模型和动力学模型，对其进行了稳健优化设计;最后基于动力总成-整车动力学模型对整车平顺性进行了分析优化。本文主要研究内容包括：1.总结了国内外的研究现状，分析了矿用自卸车动力总成悬置系统设计的理论与方法，概括了动力总成悬置系统的设计要求，并总结了矿用自卸车动力总成悬置系统的主要设计流程。2.建立了矿用自卸车动力总成悬置系统动力学模型和数学模型，进行了模态分析与发动机典型工况下的悬置系统隔振性能分析，结果表明该悬置系统隔振性能不佳。3.车架作为动力总成的支承部件，进行悬置系统优化分析时，必须与车架固有频率分布隔离。本文基于有限元理论，建立了车架有限元模型并对车架进行了模态分析，得到车架结构的各阶固有频率和振型特性。4.基于实验设计方法，分析了动力总成悬置系统各方向能量分布对刚度参数的灵敏度，识别出影响较大的悬置静刚度参数。为改善悬置系统隔振性能，以系统固有频率的合理布置和系统的模态解耦为目标函数，考虑参数的不确定性，本文将其视为满足正态分布的随机变量，运用基于σ水平的稳健设计方法对悬置系统进行优化研究。优化结果表明当刚度参数在设计值范围内±10%变动时，悬置系统仍保持较高的稳健性。5.建立了动力总成-整车动力学模型,更真实的反映了悬置的隔振性能。通过设计二次通用旋转组合设计表得到矿用自卸车响应面模型,对整车平顺性进行了优化，并对优化前后试验结果进行了仿真和对比分析。

关键词：矿用自卸车动力总成悬置系统能量解耦灵敏度分析稳健性优化

一种协同克里金类变复杂度近似模型辅助的稳健优化算法

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一种协同克里金类变复杂度近似模型辅助的稳健优化算法

作者：徐汉思华中科技大学

学位级别：硕士

稳健性优化设计的目的是在追求系统输出最佳性能的前提下,尽可能地使不确定性对于系统输出值的影响程度最低,在实际生产中具有十分重要的意义。在现代的产品优化设计领域中,仿真模拟已经成为了设计优化领域中必不可少的手段。随着科技... 详细信息

稳健性优化设计的目的是在追求系统输出最佳性能的前提下,尽可能地使不确定性对于系统输出值的影响程度最低,在实际生产中具有十分重要的意义。在现代的产品优化设计领域中,仿真模拟已经成为了设计优化领域中必不可少的手段。随着科技不断发展,仿真能够达到的精度也不断提升,但与之伴随而来的是时间成本与资源消耗的剧增。稳健性优化设计的应用也掣肘于这些实际成本问题。近似模型能够代替昂贵的仿真模拟,同时保证初始问题还原的准确性,能够在一定程度上降低计算成本。其中,变复杂度近似模型通过将低精度样本点和高精度样本点结合起来的手段,能够有效地取得近似模型预测性能和建模成本之间的平衡,在节约计算成本的同时确保更好的模拟效果,因而越来越受到优化设计领域研究者的重视。然而,现存的大多数方法中,很多都将近似模型看作确定性的真实模型来处理,忽略了客观存在的插值不确定性。而考虑了近似模型不确定性的方法,又忽略了其他不确定性,又或者局限于模型的选择。在这篇文章中,一个基于协同克里金的变复杂度近似模型辅助的稳健优化算法被提出用来解决这个问题。本文提出的方法结合了低精度样本点和高精度样本点建立协同克里金变复杂度近似模型,并且对客观存在的不确定性进行了综合量化考虑(同时考虑模型不确定性,设计变量不确定性和参数不确定性)。该方法的有效性在数学算例中得到了验证。该方法进一步完善了近似模型辅助的稳健型设计优化方法,保证了稳健性设计优化最优解的有效性。

关键词：协同克里金变复杂度近似模型稳健性优化不确定性量化

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乘用车车身结构噪声控制及阻尼层优化研究

乘用车车身结构噪声控制及阻尼层优化研究

作者：苏仕见天津科技大学

学位级别：硕士

车内噪声是乘用车NVH性能的重要指标之一,它直接决定着整车的性能水平和量产车型的市场竞争力。车内低频噪声的主要来源是车身薄壁板振动所辐射的结构噪声,其形成机理复杂,不仅与车身结构和车内声腔的动力学特性有关,还受到两者间相互... 详细信息

车内噪声是乘用车NVH性能的重要指标之一,它直接决定着整车的性能水平和量产车型的市场竞争力。车内低频噪声的主要来源是车身薄壁板振动所辐射的结构噪声,其形成机理复杂,不仅与车身结构和车内声腔的动力学特性有关,还受到两者间相互作用的影响。因此,如何降低车内低频结构噪声以提高乘用车的舒适度是当前车内噪声控制研究的一个重点和难点。本文以某型乘用车为研究对象,针对车身结构噪声传递函数分析中出现的车内声压峰值,结合壁板声学贡献量分析和形貌优化方法对车身结构进行了优化;为有效降低车内低频结构噪声的整体水平,提出了基于等效辐射声功率（ERP）的自由阻尼层布局拓扑优化方法,同时,考虑粘弹性阻尼材料参数的不确定性引起的车内噪声水平波动问题,将6σ稳健性设计方法引入了阻尼层的优化设计中。建立了乘用车白车身有限元模型,并通过仿真模态分析和模态测试验证了模型的有效性。在此基础上建立了内饰车身和车内声腔有限元模型并进行了模态分析,将内饰车身模型和声腔模型进行耦合,最终建立了车身声-固耦合模型。基于声-固耦合模型,通过在车身关键连接点施加单位力激励,利用模态频率响应分析法得到了驾驶员右耳和后排右侧乘员左耳位置的声压响应。针对左后弹簧座连接点激励下,后排座右侧乘员左耳响应点的噪声传递函数（NTF）曲线出现声压峰值的情况,利用壁板声学贡献量分析找到了对该峰值影响最大的板件,并结合形貌优化方法对板件的加强筋进行了优化,有效降低了声压峰值。采用悬臂梁法测试了水性阻尼材料的特性,基于测试工装建立了壁板自由阻尼层的偏置壳单元有限元模型,并通过试验验证了其精度。为了降低车内低频结构噪声的整体水平以及满足车身轻量化目标,提出了基于车身壁板等效辐射声功率（ERP）的自由阻尼层布局拓扑优化方法,解决了传统阻尼层布局拓扑优化精确度和计算效率较低的问题。针对常规的车身阻尼层确定性优化方法不能考虑阻尼材料参数不确定性因素的问题,为了提高设计中车身结构噪声性能的稳健性,以阻尼层厚度为随机设计变量,损耗因子和弹性模量为随机变量,质量最小为优化目标,并结合径向基函数（RBF）近似模型、蒙特卡洛模拟（MCS）和序列二次规划算法（SQP）对阻尼层进行6σ稳健性优化设计。优化后车身自由阻尼层的总质量相较于初始设计方案减少了一半以上,并且车身结构噪声性能达到了6σ质量水平,实现了保证车身轻量化要求下的阻尼层稳健性优化的目标。

关键词：车内结构噪声自由阻尼层等效辐射声功率拓扑优化稳健性优化轻量化

不同路面激励下重型牵引车动力学不确定性分析与优化

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不同路面激励下重型牵引车动力学不确定性分析与优化

作者：李国秉东北大学

学位级别：硕士

重型牵引车作为重要的交通运输设备,在物流、建筑及运输等各行各业得到广泛的应用。随着生产制造技术和用户需求的不断提高,重型牵引车日益向更高负荷、更高效率、更高可靠性和高速轻量化的趋势发展,以满足各项性能要求,确保系统安全可... 详细信息

重型牵引车作为重要的交通运输设备,在物流、建筑及运输等各行各业得到广泛的应用。随着生产制造技术和用户需求的不断提高,重型牵引车日益向更高负荷、更高效率、更高可靠性和高速轻量化的趋势发展,以满足各项性能要求,确保系统安全可靠的运行。如何快速有效的开发出性能优异、竞争性强、安全可靠、结构轻量的新产品,俨然成为摆在汽车研发人员面前的重要问题。本文开展的主要工作如下:(1)针对某重型牵引车整车结构,采用子结构建模方法建立了完整的重型牵引车整车缩减动力学仿真模型。基于模态综合法和模态分析方法,对比了采用子结构方法和传统建模方法建立的整车系统的固有特性。另外,针对重型牵引车系统制定了详细的实验测试方案,采用实车结构进行了典型路面的道路实验测试,获得了具有代表性的激励载荷谱,为整车系统动力学特性分析、动力学不确定性分析及结构稳健性优化奠定了基础。(2)基于重型牵引车整车缩减动力学仿真模型,采用模态综合法和瞬态动力学分析方法,研究了整车系统的动力学特性。讨论了阻尼和模态截断数等因素对系统动力学响应的影响。将有限元分析获得的整车系统动力学响应结果与实验测试结果进行对比,验证了本文提出的基于子结构建模方法建立的重型牵引车整车缩减动力学仿真模型的有效性和动力学分析方法的正确性,也为系统参数的选择提供了重要的依据。(3)以某重型牵引车车架为研究对象,进行动力学不确定性分析,以测试加速度信号为输入激励,采用拉丁超立方抽样抽取不确定的材料参数为样本,建立了材料参数不确定性的动力学克里金模型,研究了车架材料参数和几何尺寸不确定因素对车架应力的影响。(4)针对重型牵引车车架结构,考虑由制造误差导致的尺寸波动、材料性能的差异以及驾驶员驾驶行为的差异等因素对动力学响应结果的影响,采用系统稳健性优化方法,对整车车架结构进行了稳健性优化设计,优化后的车架结构提高了一定的抗干扰能力,且实现了结构的轻量化。

关键词：重型牵引车子结构动力学特性不确定性分析稳健性优化

跨座式单轨车辆悬挂参数与动力学性能优化研究

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跨座式单轨车辆悬挂参数与动力学性能优化研究

作者：罗建新华东交通大学

学位级别：硕士

随着城市轨道交通的发展,跨座式单轨车辆被越来越多城市轨道交通运营单位所选择,在跨座式单轨车辆大量投入运行的情况下,探寻车辆设计参数与动力学性能的关系,可帮助设计单位对动力学性能进行优化,提升城市轨道交通的运营品质。本文从... 详细信息

随着城市轨道交通的发展,跨座式单轨车辆被越来越多城市轨道交通运营单位所选择,在跨座式单轨车辆大量投入运行的情况下,探寻车辆设计参数与动力学性能的关系,可帮助设计单位对动力学性能进行优化,提升城市轨道交通的运营品质。本文从一般的多体系统动力学的计算求解过程出发分析了多体系统动力学的建模方法和基本过程,介绍了研究所涉及常用的计算求解器。然后在简化模型基础上,利用车辆结构元件的惯性和质量等原始设计参数,使用UM仿真软件和Ansys有限元软件分别建立了研究的跨座式单轨车辆模型和轨道梁有限元模型。对于车辆动力学性能的评价则借鉴成熟了铁道车辆动力学的评价方法和专家学者总结的跨座式单轨车辆动力学评价方法,其中安全性指标从修订倾覆系数、走行轮径向力、车体加速度、导向轮径向力等方面进行评判,而稳定性指标则从Sperling平稳性、舒适性和运行品质等方面进行分析,并对比了西南交通大学实测数据,分别从轨道梁振动、车体振动方面对模型的合理性进行了验证。然后使用UM-Isight仿真联合平台,对比分析了AW1和AW3两种不同载荷工况下原始设计悬挂参数的动力学性能,发现AW3工况对动力学性能的影响相对较大,需着重分析。然后对AW3工况下车辆一系、二系悬挂参数进行变参数试验,研究了二系和一系悬挂参数对动力学响应的灵敏度,发现舒适性指标、前端测点横向平稳性指标、后端测点垂向平稳性指标、一位稳定轮倾覆系数和车体垂/横向振动加速度对悬挂参数的变化产生的影响更明显,需着重进行优化研究。而后端测点横向平稳性指标、前端测点垂向平稳性指标、走行轮倾覆系数等评价值则变化较缓和,对悬挂参数变化而产生的影响敏感度较小。根据灵敏度分析结论选取了6个对动力学性能影响较大的指标为优化目标,以六个悬挂参数作为设计变量,分别采用了稳健性优化方法和基于代理模型的多目标优化方法,对车辆悬挂设计参数与动力学响应进行了优化研究。根据稳健性优化设计理论知识知,信噪比越大设计越稳健,因此稳健性优化需要重点评估信号因子与噪声因子的关系,本文对跨座式单轨动力学性能进行稳健性优化中,主要选取了5水平、125组运行中可能出现的三个不可控因素作为噪声因子,选取20组悬挂参数作为可控因子,使用稳健性优化法形成实验设计正交表进行优化,然后面向6个优化目标进行了2500次计算,得到了6组信噪比最大的悬挂参数组合,对每组参数组合分别进行结果验证,得到了稳健性优化解的优化率。其中垂向平稳性、车体质心垂向振动加速度和舒适性的优化率最大约为72.33%、78.41%和53.22%;车体质心横向振动加速度、稳定轮倾覆系数的优化率最大分别约为8.15%、7.06%;横向平稳性最大优化率约为0.98%。最后对6组优化解进行验证,其优化效果为:组合五=组合六>组合三>组合一>组合二>原始参数>组合四。但由于稳健性优化是采用单目标优化方法进行的计算,因此优化结果一致性较差,需依次验证全部的优化解组合,以剔除违反设计约束的解。基于代理模型进行优化可通过构建拟合公式来获得变量与响应的近似关系,当近似模型的精度满足分析要求,则可使用构建的模型近似代替仿真程序进行多目标优化分析,从而得到满足需求的折衷Pareto设计解集。本文基于代理模型的多目标优化选取了原始悬挂参数的±50%设计值作为变量,运用最优拉丁超立方方法生成了2500组悬挂参数-动力学性能响应值的训练样本点,基于训练样本点拟合得到正交多项式代理模型和响应面代理模型,并进行模型误差验证,发现响应面模型的误差指标和约为0.60890,正交多项式模型的误差指标和约为0.68028,响应面模型精度稍高于正交多项式模型,可使用两种代理模型分别来替代仿真程序进行优化分析,最后利用NSGA-Ⅱ算法分别对两种代理模型进行优化求解。基于正交多项式代理模型的优化,共得到1449组符合要求的解集。检查优化算法的收敛优化解,得到了10组最优Pareto解,该10组解的优化率中,车体质心垂向振动加速度、垂向平稳性和舒适性的优化率较大,最大分别约为80.97%、72.19%和57.15%;车体质心横向振动加速度、横向平稳性的优化率最大分别约为9.04%、0.78%;而稳定轮倾覆系数优化率均为负值,优化率约为-9.60%,但均符合评定值要求。基于响应面代理模型的优化,共得到1959组符合要求的解集,检查优化算法的收敛优化解,得到了6组最优Pareto解,该6组解的优化率中,车体质心垂向振动加速度、垂向平稳性和舒适性的优化率也较大,最大分别约为93.30%、73.90%和57.59%,优化率相比正交多项式代理模型更高;车体质心横向振动加速度、横向平稳性的优化率最大分别约为8.08%、0.90%;稳定轮倾覆系数优化效果同正交多项式代理模型,优化率约为-11.63%,优化结果稍差。最后对稳健性优化和多目标优化得到

关键词：跨座式单轨车辆多目标优化稳健性优化代理模型悬挂参数