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发动机悬置系统动力学建模及优化研究

张云清  
【摘要】:发动机悬置系统的动力学建模与优化是研究汽车NVH性能的关键技术。本文对多惯性通道液阻悬置建模理论、含不确定性参数的悬置系统动力学分析及稳健优化设计、橡胶悬置的多目标结构拓扑优化及含分数阶导数粘弹性特性部件的振动系统动力学分析等四个方而进行了研究。主要研究工作如下: 1)建立了多惯性通道液阻悬置动特性仿真分析的集总参数模型,提出了计算惯性通道流量阻尼系数的液-固耦合有限元分析方法,该方法可以计算上下液室的压差与流量的关系,利用最小二乘法估计流量阻尼系数。对多惯性通道的动刚度以及其滞后角的计算方法进行了推导,给出了滞后角峰值频率的计算公式。揭示了惯性通道的数目、惯性通道长度、惯性通道截面积等参数对动刚度、滞后角及滞后角峰值频率的影响规律。 2)阐述了发动机悬置系统设计参数的不确定性,针对发动机悬置系统的参数不确定性进行了深入分析,利用Monte Carlo方法、灵敏度参数分析方法、基于响应面及区间算法对发动机悬置系统的不确定性进行了分析,给出了响应结果的不确定性区间;利用响应面分析结果对发动机悬置系统进行了稳健优化设计,并对液阻悬置进行了稳健性优化设计。 3)阐述了橡胶材料的本构模型以及本构模型参数的辨识方法,提出了橡胶悬置的多目标结构拓扑优化模型,优化模型中综合考虑了悬置结构的各向刚度、疲劳寿命、体积(质量)等多个目标函数。进行了物理样件的试制,通过台架实验、非线性有限元分析等手段对结构拓扑优化结果的有效性进行了验证,为橡胶悬置的结构设计与优化提供了有效方法。 4)阐述了分数微积分的数学基础,主要包括分数阶导数的主要定义、主要性质及其数值离散方法。推导了粘弹性材料的五参数分数导数本构方程。将广义a方法推广到含五参数分数导数粘弹性项的振动方程的求解,构造了一种可耗散系统高频响应保持低频响应的新求解方法,结合含分数阶导数粘弹性特性部件振动系统进行了动力学分析,为进一步研究包含分数阶粘弹性特性部件的车辆动力学系统的建模及响应计算打下坚实的理论基础。


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