道路运输车辆耦合振动分析与多目标优化

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1、天津大学博士学位论文道路运输车辆耦合振动分析与多目标优化Roadtransportvehiclecouplingvibrationanalysisandthemulti-objectiveoptimization学科专业：动力机械及工程研究生：郭鹏指导教师：张俊红教授天津大学机械工程学院2017年05月万方数据独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得天津大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本

2、研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。学位论文作者签名：签字日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解天津大学有关保留、使用学位论文的规定。特授权天津大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。（保密的学位论文在解密后适用本授权说明）学位论文作者签名：导师签名：签字日期：年月日签字日期：年月日万方数据中文摘要道路运输车辆的上装振动问题主要体现在两个方面：驾驶舒适性和货物安全性。由于公路运输长时间连续驾

3、驶的特点，运输车辆的驾驶室振动问题得到了充分的重视，其司机和乘员的舒适性得到了有效提高。与驾驶舒适性相比，运输车辆的后车厢振动问题同样值得重视，有效控制后车厢的振动水平将最大程度保证货物安全。在保证驾驶室振动的前提下，降低后车厢的振动对提升整车振动性能有着重要意义，尤其体现在医疗、特种装备等特殊的运输需求中。本文以某三轴道路运输车辆为研究对象，结合多体动力学仿真和整车振动测试，针对其整车和子系统的振动问题展开系统的研究。在整车动力学建模与求解方法研究中，基于ISO标准模拟多种等级下的路面粗糙度功率谱密度，建立了1/4车、半车和整车的运动方程，分别运用New

4、mark-β、Runge-Kutta、Hamming和有限差分法等四种不同的微分方程求解方法对三种车辆动力学模型进行求解，并从研究需要、计算精度和计算成本等几个方面对车辆模型和模拟方法进行比较，发现整车7自由度模型结合Hamming法或Runge-Kutta法能够给出较其它模型与求解方法组合更为合理的计算结果。其中，在动载系数的计算中，此两种求解方法的计算结果十分接近，但Runge-Kutta法在车身垂向加速度的计算表现出了更好的计算性能。为研究车辆子系统间振动耦合和振动衰减问题，基于状态空间理论，针对多支撑系统提出其子结构间的振动耦合和振动衰减的模拟方法

5、，并将该通用方法应用于某三轴道路运输车辆的驾驶室-后车厢-车架这一典型单支撑多上装动态系统，从而建立了考虑上装结构的整车动力学模型，用以分析其子系统间的振动耦合和振动衰减问题。在通过整车振动测试进行了整车动力学模型验证后，构建了包括车辆子系统（驾驶室、后车厢、车架）质量属性、悬置悬架刚度阻尼参数和整车几何结构参数的设计变量集合，利用拉丁超立方采样技术和多元二次回归方法研究了设计变量对车辆子系统间振动耦合和振动衰减的影响，识别出其参数灵敏度，为后续的车辆振动优化问题提供研究条件。将驾驶室和后车厢的振动耦合系数和振动衰减系数等四个响应同时作为优化目标，以前文研

6、究的设计变量为优化参数，利用四种不同的多目标优化方法（多目标粒子群优化方法、模拟退火算法、非支配排序遗传算法和邻域培植遗传算法）对整车设计变量进行优化，以期在较小的振动耦合与较大的振动衰减这对相互冲突的优化目标中达成最优的设计方案。四种方法在不同的系统响应优化中各有优劣，就整个车辆系统的振动响应来看，同原始车辆相比，四种优化结果的振动加速度均方根值在不同车速下的下降幅度均达到60%左右，车辆的振动性能有了大幅提高。I万方数据关键词：道路运输车辆，多体动力学模型，耦合振动，多目标优化，动力学分析II万方数据ABSTRACTThevibrationproble

7、msregardingtheroadtransportvehiclefocusesontwoaspects:theridecomfortandthecargosafety.Theridecomforthasbeeninvestigatedcarefullyandimprovedgreatlyduetothecharacteroftheroadtransport:long-timedriving.Comparingtotheridecomfort,thevibrationatthecarriageshouldbeconsideredasimportantas

8、thatofthecabsincethevibrationredu