機(jī)械振動傳遞路徑系統(tǒng)傳遞性的研究與應(yīng)用.pdf

1、隨著機(jī)械設(shè)備復(fù)雜程度的提高以及高速、重載、高精、輕巧等極端動作性能和使用性能的不斷提出，使機(jī)械系統(tǒng)的振動分析以及振動控制技術(shù)變得越來越重要，其所涉及的研究領(lǐng)域也越來越廣泛。為了從振動特性傳遞環(huán)節(jié)著手來實現(xiàn)系統(tǒng)的阻振、隔振設(shè)計及結(jié)構(gòu)的動態(tài)優(yōu)化設(shè)計，本文提出了振動傳遞路徑系統(tǒng)的概念。振動傳遞路徑系統(tǒng)包括三部分:振動源、振動傳遞路徑及振動接受結(jié)構(gòu)。傳遞路徑是指振動由振動源經(jīng)由特定的媒介物傳遞至接受結(jié)構(gòu)所經(jīng)過的物理介質(zhì)，而路徑的重要性、路徑參數(shù)

2、的重要性、路徑參數(shù)的隨機(jī)性及路徑參數(shù)的交互性便構(gòu)成了整個系統(tǒng)的振動傳遞性。對振動傳遞路徑系統(tǒng)傳遞性的研究將為機(jī)械系統(tǒng)的振動控制問題提供堅實的理論基礎(chǔ)。
　　在國家高技術(shù)研究發(fā)展計劃(2007AA04Z442)和沈陽市機(jī)械振動與產(chǎn)品動態(tài)設(shè)計重點實驗室的支持下，本文對振動傳遞路徑系統(tǒng)中的傳遞路徑部分進(jìn)行了理論研究，定量地評價了各路徑及路徑參數(shù)對系統(tǒng)接受體動態(tài)輸出特性的影響程度，對振動傳遞路徑及路徑參數(shù)的重要性進(jìn)行了排序;將可靠性理論與

3、隨機(jī)有限元法結(jié)合，推導(dǎo)了具有隨機(jī)路徑的系統(tǒng)傳遞可靠性及可靠性靈敏度的計算公式;用基于方差的整體靈敏度分析方法研究了隨機(jī)路徑參數(shù)之間的交互影響規(guī)律;并應(yīng)用本文的振動路徑傳遞性理論研究結(jié)果，對實際振動傳遞路徑系統(tǒng)進(jìn)行了穩(wěn)健優(yōu)化設(shè)計。具體研究內(nèi)容如下:
　　第一章:緒論?？偨Y(jié)了當(dāng)前振動系統(tǒng)傳遞路徑分析方法、振動系統(tǒng)靈敏度分析方法、以及汽車振動傳遞路徑系統(tǒng)的主要路徑—汽車發(fā)動機(jī)懸置優(yōu)化方法的研究進(jìn)展與現(xiàn)狀，對選題的背景、目的和意義進(jìn)行了論

4、述，指出了對振動傳遞路徑系統(tǒng)傳遞性進(jìn)行理論研究的重要性。
　　第二章:振動傳遞路徑系統(tǒng)路徑貢獻(xiàn)度分析。為了定量地評價振動傳遞路徑系統(tǒng)各路徑對系統(tǒng)接受體振動響應(yīng)的貢獻(xiàn)度，本章提出了路徑傳遞率及路徑介入損失的概念，給出了具體的求解方法。用兩種評價指標(biāo)定量分析了頻域內(nèi)振動傳遞路徑系統(tǒng)各路徑的貢獻(xiàn)量大小，得到了各路徑的重要性排序。
　　第三章:基于靈敏度的振動傳遞路徑系統(tǒng)參數(shù)重要性分析。傳遞路徑包含的主要路徑參數(shù)有兩大類:物理特性參

5、數(shù)和幾何特性參數(shù)。具體包括路徑剛度、路徑阻尼、路徑質(zhì)量以及路徑位置。振動傳遞路徑系統(tǒng)主要是通過這些路徑參數(shù)將振源與接受體位移、速度、加速度等動力響應(yīng)聯(lián)系起來。復(fù)雜的振動系統(tǒng)中，路徑參數(shù)為數(shù)眾多，這樣就有必要對各種傳遞路徑參數(shù)進(jìn)行分析確定各路徑參數(shù)的影響比重，以便在系統(tǒng)動態(tài)設(shè)計的過程中尋找最優(yōu)的改進(jìn)設(shè)計方向，提高工作效率。本章運(yùn)用Kronecker代數(shù)、矩陣微分理論、振動力學(xué)理論及Newmark-β方法對振動傳遞路徑系統(tǒng)的參數(shù)靈敏度進(jìn)行了

6、討論，分析了振動傳遞路徑系統(tǒng)的時域靈敏度及頻域靈敏度問題，獲得了時頻響應(yīng)對路徑線性參數(shù)的靈敏度分析結(jié)果。應(yīng)用等效系數(shù)的方法適當(dāng)簡化了系統(tǒng)路徑參數(shù)的非線性特性，分析了傳遞路徑中非線性阻尼參數(shù)及非線性剛度參數(shù)對系統(tǒng)輸出的影響程度。最終基于靈敏度分析結(jié)果，討論了各種路徑參數(shù)的重要性問題。
　　第四章:振動傳遞路徑系統(tǒng)隨機(jī)路徑參數(shù)的靈敏度分析。工程實際中大量的不確定性使得路徑參數(shù)必然會具有一定的隨機(jī)性，參數(shù)的隨機(jī)變化以及系統(tǒng)的隨機(jī)響應(yīng)特性

7、能否使整個系統(tǒng)產(chǎn)生共振失效是不容忽視的問題。本章基于向量值和矩陣值函數(shù)的二階矩技術(shù)、矩陣攝動理論和概率統(tǒng)計方法，提出了振動傳遞路徑系統(tǒng)的隨機(jī)響應(yīng)分析方法，得到了系統(tǒng)隨機(jī)振動響應(yīng)的一階矩和二階矩的一般數(shù)學(xué)表達(dá)式;根據(jù)具有隨機(jī)路徑參數(shù)振動傳遞路徑系統(tǒng)的固有頻率與激振頻率之差的絕對值不超過規(guī)定值的關(guān)系準(zhǔn)則，定義了系統(tǒng)共振問題的可靠性模式，提出了路徑傳遞可靠度的概念。與靈敏度分析技術(shù)相結(jié)合，討論了路徑各種隨機(jī)參數(shù)的統(tǒng)計特性對振動傳遞路徑系統(tǒng)傳遞

8、可靠度的影響程度，獲得了系統(tǒng)傳遞可靠性靈敏度的分析結(jié)果;考慮到傳遞路徑中任何一個參數(shù)的隨機(jī)波動都很可能對其它參數(shù)的輸出產(chǎn)生交互影響，本章用基于方差的整體隨機(jī)參數(shù)靈敏度分析方法，探討了路徑隨機(jī)參數(shù)之間的交互影響性問題。
　　第五章:汽車振動傳遞路徑分析及發(fā)動機(jī)懸置系統(tǒng)穩(wěn)健優(yōu)化設(shè)計。基于本文理論研究結(jié)果對汽車系統(tǒng)的振動傳遞路徑模型進(jìn)行了相應(yīng)的研究，分析了當(dāng)車身做為系統(tǒng)的接受體時，各傳遞路徑的傳遞率，并以傳遞率為指標(biāo)評價了各路徑的重要性

9、。在此基礎(chǔ)之上，對重要路徑的結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行了頻域響應(yīng)的靈敏度分析，以靈敏度為度量分析了路徑參數(shù)的重要性。當(dāng)考慮系統(tǒng)固有的不確定性時，對具有隨機(jī)參數(shù)的發(fā)動機(jī)懸置系統(tǒng)進(jìn)行了振動傳遞可靠性靈敏度分析，識別了對系統(tǒng)傳遞可靠性影響最大的路徑參數(shù)?；诜治鼋Y(jié)果，結(jié)合振動傳遞路徑系統(tǒng)傳遞可靠性理論與可靠性穩(wěn)健設(shè)計理論，對發(fā)動機(jī)懸置的安裝位置參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化，獲得了令人滿意的效果。
　　第六章:結(jié)論與展望。總結(jié)本文的研究成果，并對有關(guān)振動傳遞路徑系統(tǒng)