履帶急救車非線性減振系統(tǒng)振動(dòng)特性分析與結(jié)構(gòu)優(yōu)化研究.pdf

1、履帶急救車能通過山地、叢林、沙漠、沼澤、冰雪地等復(fù)雜地形運(yùn)送傷病員，并能對傷病員實(shí)施除顫監(jiān)護(hù)、呼吸吸引、輸液供氧等途中緊急救治，是我軍軍事斗爭和非戰(zhàn)爭軍事行動(dòng)中衛(wèi)勤保障力量的重要組成部分。由于履帶急救車主要應(yīng)用在路況較差的地形，振動(dòng)環(huán)境較為惡劣，如果其車載減振系統(tǒng)不能有效地抑制由路面不平度引起的振動(dòng)現(xiàn)象，將極易引發(fā)傷病員的二次傷害。因此，對履帶急救車非線性減振系統(tǒng)進(jìn)行性能優(yōu)化具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。
　　本文綜合運(yùn)用智能優(yōu)化算法、多尺

2、度法、精細(xì)積分法等方法，對履帶急救車非線性減振系統(tǒng)進(jìn)行振動(dòng)特性分析與優(yōu)化研究，主要工作和結(jié)論如下：
　　(1)根據(jù)《GB/T1394-1990汽車道路行駛試驗(yàn)方法》、《GJB59.15-88裝甲車輛試驗(yàn)規(guī)程——野外振動(dòng)試驗(yàn)》等標(biāo)準(zhǔn)，在汽車試驗(yàn)場對履帶急救車進(jìn)行野外行駛振動(dòng)試驗(yàn)，獲得了履帶急救車后車底盤縱梁、大板車廂底板、醫(yī)務(wù)人員座椅和擔(dān)架臺(tái)在越野路（18km/h）、起伏路（15km/h）、砂石路（20、30、40km/h）和水泥路

3、（30、40、50km/h）條件下的振動(dòng)加速度信號，所獲振動(dòng)信號全面反映了履帶急救車后車的振動(dòng)情況，為本文后續(xù)研究奠定了良好的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。
　　(2)針對履帶急救車非線性減振系統(tǒng)結(jié)構(gòu)參數(shù)不明的問題，提出了一種新型多目標(biāo)參數(shù)辨識方法，由改進(jìn)的分塊增維精細(xì)積分法和NSGA-II（Nondomin-ated Sorting Genetic Algorithm II）組成。應(yīng)用該方法，以擔(dān)架臺(tái)垂向振動(dòng)加速度功率譜密度和概率分布為評價(jià)指標(biāo)，對

4、履帶急救車非線性減振系統(tǒng)兩自由度模型進(jìn)行參數(shù)辨識，獲得了其在越野路(18km/h)、起伏路(15km/h)、砂石路(40km/h)和水泥路(40km/h)四種路況下的等效物理參數(shù)，并對辨識結(jié)果進(jìn)行了準(zhǔn)確性檢驗(yàn)。結(jié)果表明：辨識結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果的概率分布吻合程度高，功率譜密度的峰值位置和變化趨勢一致性好，幅值略有差別，但在允許范圍之內(nèi)，辨識結(jié)果滿足使用要求。由此也證明了本文所提出的新型多目標(biāo)參數(shù)辨識方法的有效性。
　　(3)對研究非線性

5、振動(dòng)的解析方法和數(shù)值方法進(jìn)行了對比研究。解析方法采用多尺度法，數(shù)值方法采用改進(jìn)的分塊增維精細(xì)積分法，并以 Runge-Kutta法作為數(shù)值方法的對比算法。對比研究的結(jié)果表明：解析方法和數(shù)值方法在分析履帶急救車非線性減振系統(tǒng)兩自由度模型時(shí)能夠獲得基本相同的結(jié)論，所求得的幅頻響應(yīng)曲線在主共振位置吻合程度較高，這說明兩種方法在對低自由度非線性振動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行定量分析計(jì)算時(shí)是基本等效的，但是解析方法在求解過程中限制條件較多，并且很難求解非線性系統(tǒng)在

6、隨機(jī)激勵(lì)下的解析解，而數(shù)值方法則不受這些條件的限制，所以本文后續(xù)研究均以數(shù)值方法為基礎(chǔ)展開。
　　(4)分析了履帶急救車非線性減振系統(tǒng)在隨機(jī)激勵(lì)下的振動(dòng)特性，并對其減振性能進(jìn)行了優(yōu)化。首先，應(yīng)用Sobol法研究了履帶急救車非線性減振系統(tǒng)各參數(shù)對于擔(dān)架臺(tái)垂向振動(dòng)加權(quán)加速度均方根值的全局靈敏度，獲得了參數(shù)的重要性排序：C2、K2、C1、Ks、Kz，其中，Ks、Kz、C1為零剛度減振器的線性剛度、三次非線性剛度和阻尼，K2、C2為橡膠阻

7、尼減振器的剛度和阻尼。然后，應(yīng)用改進(jìn)的分塊增維精細(xì)積分法對履帶急救車非線性減振系統(tǒng)進(jìn)行振動(dòng)特性分析，獲得了減振系統(tǒng)各參數(shù)對于擔(dān)架臺(tái)垂向振動(dòng)加權(quán)加速度均方根值的影響規(guī)律。最后，應(yīng)用遺傳算法對履帶急救車非線性減振系統(tǒng)進(jìn)行參數(shù)優(yōu)化，使擔(dān)架臺(tái)垂向振動(dòng)加權(quán)加速度均方根值下降了27.6％、擔(dān)架臺(tái)垂向振動(dòng)加速度在-0.12m/s2至0.12m/s2范圍內(nèi)的概率增加了9.8%，減振系統(tǒng)的性能得到了明顯改善。
　　(5)對履帶急救車非線性減振系統(tǒng)進(jìn)

8、行了結(jié)構(gòu)優(yōu)化研究。首先，在借鑒動(dòng)力吸振器原理的基礎(chǔ)上，提出了兩種擔(dān)架臺(tái)結(jié)構(gòu)優(yōu)化方案，分別為線性優(yōu)化方案和非線性優(yōu)化方案，并以擔(dān)架垂向振動(dòng)加權(quán)加速度均方根值為評價(jià)指標(biāo)，對兩種結(jié)構(gòu)優(yōu)化方案進(jìn)行了對比研究，結(jié)果顯示線性優(yōu)化方案的加權(quán)加速度均方根值比結(jié)構(gòu)優(yōu)化前下降了23.3%，而非線性優(yōu)化方案的下降幅度為19.1%，線性優(yōu)化方案優(yōu)于非線性優(yōu)化方案，而且線性優(yōu)化方案的垂向安裝尺寸小于非線性優(yōu)化方案，所以本文選擇線性優(yōu)化方案為最終優(yōu)化方案。此外本文

9、還在沖擊激勵(lì)下對線性優(yōu)化方案進(jìn)行了驗(yàn)證，結(jié)果表明線性優(yōu)化方案對于沖擊激勵(lì)的衰減效果明顯好于結(jié)構(gòu)優(yōu)化前。其次，應(yīng)用Sobol法研究了結(jié)構(gòu)優(yōu)化后減振系統(tǒng)各參數(shù)對于擔(dān)架垂向振動(dòng)加權(quán)加速度均方根值的全局靈敏度，獲得了參數(shù)的重要性排序：C2、C1、K2、Kd、Ks、Cd、Kz，其中，Kd和 Cd為儲(chǔ)物箱懸掛剛度和阻尼。然后，應(yīng)用改進(jìn)的分塊增維精細(xì)積分法對結(jié)構(gòu)優(yōu)化后的減振系統(tǒng)進(jìn)行振動(dòng)特性分析，獲得了減振系統(tǒng)各參數(shù)對于擔(dān)架垂向振動(dòng)加權(quán)加速度均方根值的

10、影響規(guī)律。最后，應(yīng)用NSGA-II對結(jié)構(gòu)優(yōu)化后的減振系統(tǒng)進(jìn)行參數(shù)優(yōu)化，使擔(dān)架垂向振動(dòng)加權(quán)加速度均方根值下降了12.1%，擔(dān)架與儲(chǔ)物箱之間的相對位移的均方根值下降了16.8%，減振系統(tǒng)的性能得到了進(jìn)一步的改善。
　　本文的創(chuàng)新點(diǎn)主要在于提出了一種新型多目標(biāo)參數(shù)辨識方法和基于“動(dòng)力吸振器”原理的擔(dān)架臺(tái)結(jié)構(gòu)優(yōu)化方案。前者不需要設(shè)定初值，目標(biāo)函數(shù)的個(gè)數(shù)也不受限制，可以在任意激勵(lì)下對線性/非線性系統(tǒng)進(jìn)行參數(shù)辨識，適用范圍非常廣泛；后者將儲(chǔ)物