多源随机激励随机结构响应的参数灵敏度分析及应用

论文摘要

振动系统的参数灵敏度分析是分析与研究一个振动系统的状态或输出的变化对系统参数的敏感程度的方法。在振动系统优化设计过程中,利用灵敏度分析找出对系统的某一特性影响最大系统参数作为优化设计变量,在符合工程实际的情况下,修改选定的系统参数,改善振动系统的动态特性,达到优化设计的目的。灵敏度分析方法已经应用于减振降噪各个领域。工程实际问题往往具有一定的不确定性,为了得到更符合实际问题的计算结果,利用解决随机振动问题的方法进行分析,解决随机振动的灵敏度问题对工程实际问题有重要的意义。随机振动一般包括随机激励振动和随机结构振动,本文通过推导随机结构振动问题相应的均值和方差以及随机激励振动系统的参数灵敏度分析,利用状态空间解耦法、Kronecker代数理论、矩阵微分理论、向量和矩阵函数的二阶矩方法、矩阵摄动理论、概率统计理论、矩阵的Taylor展开方法,推导出多源随机激励随机结构响应均值与其参数灵敏度的一般数学表达式,计算出随机振动系统的响应及其参数灵敏度大小,为解决工程实际中的“双随机”问题提供了可行方法。讨论了随机结构参数概率分布不同的情况下,对结构随机振动响应及其灵敏度的影响。随着我国高速公路的发展,四轮轻型货车具有灵活方便、适应性强、成本低等优点,得到广泛的应用。货车驾驶室的振动特性影响驾驶员的驾驶状况、疲劳程度甚至行驶过程中的安全性。通过对四轮轻型货车平顺性优化,将多源随机激励随机结构响应的参数灵敏度分析方法应用于工程实际中。汽车的平顺性优化一般流程：建立汽车多刚体动力学模型,将引起乘员疲劳不适或者损坏运载货物的振动响应作为优化目标,选取合理的优化变量和优化方法,在有效的约束条件下,通过计算得出优化结果,优化结果能保证一般行驶速度范围内汽车驾驶员和乘客的乘坐舒适性和货物的完整无损。建立模型过程中对多种模型进行分析比较,确定利用10自由度整车模型进行研究,通过模型参数实验确定质量、刚度、阻尼的大小及相对位置,利用模型参数实验得到的数据计算10自由度整车模型的模态,将计算结果与汽车模态试验结果比较,对模型参数进行修正；通过定义随机路面对四轮汽车输入的功率谱,将四轮货车的随机结构参数泰勒展开,求解驾驶室响应的加速度加权均方根的参数灵敏度,结合汽车平顺性设计理论,选取设计变量；以驾驶室加速度加权均方根为优化目标函数,选择静挠度、动挠度、固有频率、相对动载荷、阻尼比等作为约束条件,对四轮轻型货车进行平顺性优化,消除了驾驶室加权均方根在40km/h车速下骤然增大的现象,高速行驶时汽车平顺性也得到明显改善,提高了四轮货车的平顺性。

论文目录

• 目录
• CONTENT
• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 前言
• 1.1 选题背景
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 随机振动的虚拟激励法
• 1.2.2 振源、传递路径和接受结构交互作用
• 1.2.3 汽车平顺性研究
• 1.2.4 车辆平顺性实验
• 1.3 本课题的主要研究内容
• 1.3.1 理论分析
• 1.3.2 数值计算
• 1.3.3 实验研究
• 第2章 随机振动的参数灵敏度分析
• 2.1 基于摄动分析法随机结构的灵敏度分析
• 2.1.1 随机结构动力响应方差、均值
• 2.1.2 算例
• 2.2 基于虚拟激励法的随机激励的灵敏度分析
• 2.2.1 随机激励动力响应及参数灵敏度的求解
• 2.2.2 算例
• 2.3 基于摄动分析法随机激励随机结构的灵敏度分析
• 2.3.1 双随机系统动力响应方差、均值及参数灵敏度的求解
• 2.3.2 算例
• 第3章 多源随机激励随机结构响应的参数灵敏度方法的应用
• 3.1 汽车平顺性设计
• 3.2 模型的建立
• 3.3 模型参数的选取
• 3.3.1 模型参数实验
• 3.3.2 模型参数的修正
• 3.4 车辆平顺性评价指标
• 3.5 路面随机激励功率谱
• 3.6 优化目标选取和求解
• 3.7 设计变量的选取和求解
• 3.8 约束条件
• 3.9 优化结果
• 第4章 总结与展望
• 主要参考文献目录
• 致谢
• 攻读硕士学位期间的学术论文
• 学位论文评阅及答辩情况表