基于缩进稳健模型的动力总成双层隔振系统优化设计

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动力总成双层隔振系统优化设计涉及到隔振元件的隔振参数,因此良好的隔振参数设计能有效降低机械系统运行中的振动噪声,以提升隔振系统的安全性、舒适性等。目前较多文献都采用确定隔振参数及确定模型进行研究,然而在实际工程中,机械加工、制造及安装过程中存在较多不确定因素,同时外界干扰会对动力总成双层隔振系统优化变量、约束条件及优化目标函数产生影响,造成基于确定模型进行优化设计的结果偏离实际工程,严重影响到双层隔振系统参数优化设计的有效性。为了尽可能让动力总成双层隔振系统接近真实运行情况,需要分析各隔振参数变异对隔振性能的影响规律从而进行参数稳健性优化设计,提升动力总成双层隔振系统整体性能。本文以内燃动车动力总成双层隔振系统为研究对象,基于稳健模型对其进行参数稳健性优化设计。论文首先基于快速摄动法分析了内燃机活塞质量误差、曲轴夹角误差、回转质量误差、功率修正误差、隔振器刚度、隔振器阻尼、隔振装置质量及隔振装置转动惯量等对隔振系统激振力,固有特性及强迫振动特性的影响。研究表明,为了提高动力总成双层隔振系统的隔振性能及稳健性,需严格控制隔振装置转动惯量与隔振器刚度参数的误差范围,并积极控制降低激振力。对第三代遗传算法(NSGA-III)的挑选、交叉和变异部分进行归一化和两级优化改进,结合动力总成双层隔振系统优化目标特性表明了目标函数量级差别较大,会影响优化算法中比较算子对于不同方案的挑选能力;另外随着优化代数增加,优秀个体不断产生,但是交叉变异系数初始值较大,会破坏优秀基因的保留,因此对算法进行部分修改以提高适用性;运用实例对本文提出的e-缩进稳健模型、传统稳健模型、权重系数稳健模型和6sigma稳健模型进行优化效果对比分析,验证了本文方法的有效性及优越性;多目标优化后为Pareto解集,提出了一种最佳潜在解的寻找算法—自动寻优法,便于工程人员进行设计。根据一、二级隔振器三向刚度变化对双层隔振系统隔振性能的影响规律,总结刚度参数设计变量的约束条件,确定了初始设计方案;在刚度变化范围内以两级隔振器三向刚度为正态随机设计变量,以a1向解耦度、综合解耦度、变工况动反力、变工况振动烈度的均值及标准差为优化目标函数,进行确定及稳健优化设计。其中稳健优化设计运用e-缩进稳健模型进行建模,结合高维多目标遗传算法进行优化设计得到Pareto解集,利用自动迅优算法找到最佳设计方案;对稳健设计方案与确定设计方案的稳健性进行对比分析,结果表明稳健设计方案综合隔振性能变化率小于3%,而稳健性却提升了94.5%,弥补了确定方案存在的不足。最后为了能够快速地进行动力总成双层隔振系统隔振性能稳健性分析及参数优化设计,开发了具有相应功能的软件。该软件主要特点为针对性强、分析较为全面、软件界面交互性好、操作简单、方便使用人员,极大地提高了隔振系统参数优化设计效率,具有一定的工程应用价值。综上,本文工作不仅能适用于动力包双层隔振系统稳健性优化设计及分析,也可为其他类似系统提供参考,其中提出的e-缩进稳健模型构造法及自动寻优算法也能用于其他系统的优化设计。
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