基于ADAMS和MATLAB的發(fā)動機懸置系統(tǒng)仿真分析及優(yōu)化設計

0 引言

機械裝置振動會產生很多影響，特別是機械振動對整車產生干擾，降低設備的使用壽命，甚至會對機械裝置、人的生命安全造成嚴重損害。

從能量的角度講，減振子系統(tǒng)的作用就是改變振源對系統(tǒng)激勵的能量頻譜結構，通過削弱能量的頻率來抑制振動。從運動的角度講，機械裝置的最普遍減振方法是利用阻尼裝置減小振動的傳遞

。對于行駛中的汽車，車輛的振源來源于很多方面，例如發(fā)動機、不平路面、汽車本身結構等，其中發(fā)動機的振動是最主要的振源之一。發(fā)動機的振動會使汽車振動，還會使其他零件產生振動，甚至會發(fā)生共振，降低NVH性能，影響汽車的使用壽命和舒適性。

為了降低汽車振動，可以在發(fā)動機總成和車架或車身之間安裝懸置元件，懸置元件應具有減振、降低噪音和支承發(fā)動機等作用。作為發(fā)動機與車身之間的隔振系統(tǒng)，懸置系統(tǒng)的性能對整車NVH性能有著關鍵性的影響

。綜上所述，為了改善汽車的NVH，設計一款可以有效隔振，降低噪音的發(fā)動機懸置系統(tǒng)十分必要。

近年來，國內外對于發(fā)動機懸置系統(tǒng)的研究愈加深入。對發(fā)動機懸置系統(tǒng)的研究有多方法，其中在基于6σ的優(yōu)化方面，張紫微等

進行了汽車發(fā)動機半主動懸置穩(wěn)健性優(yōu)化設計，以某個半主動懸置系統(tǒng)為研究對象，通過靈敏度分析法確定優(yōu)化變量，利用遺傳算法和蒙特卡洛法進行了優(yōu)化分析，以最小力傳遞率為目標進行優(yōu)化。陳劍等

考慮剛度的不確定性，結合魯棒性優(yōu)化和多目標方法優(yōu)化。以上均是基于6σ的懸置魯棒性優(yōu)化，前者是基于集總參數(shù)，后者是將魯棒性設計與多目標優(yōu)化結合，還驗證了優(yōu)化方案的可靠性。穩(wěn)健性優(yōu)化設計不僅可以大幅度降低懸置系統(tǒng)的動反力，還可以提高動反力的穩(wěn)健性，對實際的工程具有指導意義。

1 仿真分析

本文以某農用運輸車發(fā)動機懸置系統(tǒng)為研究對象，首先使用了ADAMS/View模塊對該發(fā)動機懸置系統(tǒng)進行參數(shù)化建模，然后使用ADAMS/Vibration模塊對模型進行振動特性分析，為后續(xù)發(fā)動機懸置系統(tǒng)的優(yōu)化設計奠定基礎。

1.1 發(fā)動機懸置系統(tǒng)參數(shù)

已知發(fā)動機總成質量為628.2 kg，質心坐標為(295.1,5.4,101.7)，發(fā)動機總成轉動慣性參數(shù)如表1所示。

發(fā)動機懸置元件的靜剛度、發(fā)動機懸置元件的阻尼比、在汽車怠速工況運行下得到的發(fā)動機懸置元件動剛度的值、發(fā)動機懸置系統(tǒng)的各懸置元件在車身坐標系下的位置坐標參數(shù)如表2所示。

她走下車來，縮著瘦削的，但并不露骨的雙肩，窘迫地走上人行路的時候，我開始注意著她的美麗了。美麗有許多方面，容顏的姣好固然是一重要因素，但風儀的溫雅，肢體的停勻，甚至談吐的不俗，至少是不惹厭，這些也有著份兒，而這個雨中的少女，我事后覺得她是全適合這幾端的。

發(fā)動機參數(shù)如表3所示。

1.2 使用軟件建模與驗證

1.2.1 軟件建模

為了實現(xiàn)用戶輸入控制命令或調用數(shù)據等命令，機器人主控處理控制信息，并將不同的控制信號傳達給機器人不同的系統(tǒng)，機器人內部執(zhí)行完成后，將用戶需要的狀態(tài)信息以直觀的形式反映給用戶.機器人程序設計模式如圖2所示.

懸置系統(tǒng)的ADAMS建模仿真步驟如下：1)確定坐標系。根據以上數(shù)據中的轉動慣量和慣性積，應確定發(fā)動機懸置系統(tǒng)動力學模型的坐標系與ADAMS的全局坐標系一致；若不確定動力學模型坐標系方向，會導致仿真結果出現(xiàn)較大的出入。2)創(chuàng)建參數(shù)化點。根據表1和表3的參數(shù)，輸入坐標參數(shù)，建立五個Marker點。3)創(chuàng)建發(fā)動機總成模型。在ADMAS/View中創(chuàng)建一個長方體來代替發(fā)動機總成模型，因為已經將發(fā)動機總成簡化為了剛體，所以其性質和發(fā)動機總成的特點和性質無關。將發(fā)動機轉動慣量及慣性積和質量輸入。4)創(chuàng)建懸置元件。對于懸置元件，可以在ADAMS/view軟件中，將bushing模型視作懸置元件，并將主軸剛度輸入到bushing模型。完成建模之后的模型如圖1所示。建模完成之后，通過ADAMS/Vibration模塊進行振動仿真，得到的結果如表4所示。

MATLAB建立數(shù)學模型時，不考慮阻尼，發(fā)動機懸置系統(tǒng)的振動微分方程為(1)式

(

-

)(

)=0

(1)

文化只有在不斷傳承中才會變得更加豐富，才能引領人們的生存和發(fā)展，地域文化是人類生產生活的實踐總結，也是歷代人們教育資源積累的重要來源，是一個民族文明的精神象征。越瓷凝結著越地先民千百年來的文明，是越地文化的精髓。越瓷其本身就是一件精制的造型藝術品，同時更是地域歷史文化的一個載體，研究越瓷文化，實際上就是利用滲透在越瓷中的文化元素去教育現(xiàn)代人，使越瓷文化真正成為“發(fā)展社會主義先進文化的深厚基礎”，“使優(yōu)秀傳統(tǒng)文化成為新時代鼓舞人民前進的精神力量”[12]，讓傳統(tǒng)在時空中得到延續(xù)和發(fā)展。

1.2.2 模型的驗證和結果分析

本文是運用ADAMS/View模塊對發(fā)動機懸置系統(tǒng)進行建模仿真，根據發(fā)動機懸置系統(tǒng)參數(shù)建立模型，并使用MATLAB建立數(shù)學模型對模型進行驗證。

通過兩種軟件得出的仿真結果對比，可以得到以下結論：1)對比兩種軟件得到的結果，ADAMS的動力學模型和MATLAB理論計算結果是大致相同的，誤差較小，因此可以證實ADAMS的模型仿真結果的正確性，可以用于后面的動態(tài)響應分析和優(yōu)化分析；2)根據固有頻率的結果，第一階和第二階的固有頻率的差值小于1 Hz，不滿足設計要求；3)在解耦率的結果方面，x、z方向的模態(tài)解耦率大于85%，但是主要振動表現(xiàn)方向z和θ

方向的解耦率只有89.62%和51.32%，小于90%，說明發(fā)動機懸置系統(tǒng)并不滿足解耦設計要求，需要對其進行解耦設計。

1.3 發(fā)動機懸置系統(tǒng)動態(tài)仿真

優(yōu)化時，不僅要考慮懸置系統(tǒng)的固有頻率分布和解耦程度，還需要對發(fā)動機總成質心的位移、速度和加速度特性進行仿真分析。

人工智能本科人才和研究生人才培養(yǎng)是高校和科研院所的重要任務。2018年4月，教育部印發(fā)了《高等學校人工智能創(chuàng)新行動計劃》，將完善人工智能領域人才培養(yǎng)體系作為三大任務之一。該計劃提出要“加快人工智能領域學科建設、加強人工智能領域專業(yè)建設、加強人工智能領域人才培養(yǎng)、構建人工智能多層次教育體系”，為經濟社會發(fā)展提供人工智能人才支撐。

歐盟以及英國傾向于采用有假釋的終身監(jiān)禁。絕對終身監(jiān)禁指的是法院在判處刑罰時，沒有自由裁量權，只能適用終身監(jiān)禁，但是罪犯可以在執(zhí)行刑罰過程當中獲得假釋。裁量終身監(jiān)禁指的是法院在判處刑罰時，可以充分考量犯罪分子的人身危險性、犯罪動機、危害結果等因素，選擇適用終身監(jiān)禁，罪犯在執(zhí)行刑罰過程當中仍有權獲得假釋[2]155-172。

發(fā)動機在怠速工況運行時，對各懸置元件z向對發(fā)動機的反作用力和懸置元件的加速度進行仿真分析，如圖6至圖13所示。

如圖2所示，通過靜平衡計算得到的結果，僅在重力作用下，經過振動后，在3～4 s之間達到了平衡，分別為1 818 N、2 280 N、1 427 N、1 203 N，之所以不均分重力，是因為4個懸置元件的位置原因，同時各個懸置元件的剛度和阻尼不同。4個懸置元件達到平衡時的z向靜反力之和為6 728 N，發(fā)動機總成的重力為6 722.76 N，這兩個值是近乎相等的，驗證了發(fā)動機懸置系統(tǒng)模型建立的正確性。

根據公式在MATLAB中編寫程序，輸入上文中的懸置系統(tǒng)的參數(shù)，求解得到的結果如表5。

1.3.2 怠速工況下時域響應計算

發(fā)動機懸置系統(tǒng)進行時域響應分析，利用ADAMS/View模塊完成。主要針對怠速工況進行仿真分析，轉速750 m·s

，激勵頻率25 Hz；具體激勵力矩如表6所示。進行時域分析時，需要考慮仿真時間和仿真的步長。綜合考慮下來，在怠速工況下，進行發(fā)動機懸置系統(tǒng)時域響應分析的參數(shù)設置為仿真時間5 s，步長1 000。

怠速工況下，在發(fā)動機總成質心處施加z向的激勵力，繞x軸和繞y軸的扭矩激勵，設置仿真時間和步長，得到的結果如圖3、圖4、圖5所示。

首先，當代社會應多使用“夫妻”而非“夫婦”概念。“婦”一詞乃相對于舅姑、夫等而言，指稱的是女子在宗族關系中的地位，因而儒家多將其釋為“服”“從人者”，要求其“順”；而“妻”則專門針對“夫”而言，《說文》釋“妻”曰：“妻，婦與夫齊者也。”《白虎通·嫁娶》云：“妻者，齊也，與夫齊體。”《禮記·內則》“聘則為妻”，鄭玄注：“妻之言齊也。以禮則問，則得與夫敵體。”[20]可見，“夫妻”概念更傾向于表述兩性關系而非家庭關系，有利于將女性從宗法譜系中解脫出來。

圖3為怠速工況下質心處z向位移變化情況，在發(fā)動機穩(wěn)定之后，可以看到其振動范圍為30 mm左右。

圖4是怠速工況下質心處z向加速度變化，可以看出變化比較劇烈。

適宜氣候：溫暖濕潤；年均氣溫10～20 ℃，1月份平均氣溫3～9 ℃，7月份平均氣溫24～28 ℃，極端最高氣溫低于35 ℃，極端最低氣溫高于0 ℃，年均降水量600～1 200 mm，年平均日照600～1 200 h[7]。

從圖5可以看出響應在其固有頻率和怠速激勵頻率在25 Hz處。

通過分析圖3至圖5，可以得出以下結論：在怠速工況下，該發(fā)動機懸置系統(tǒng)的隔離振動效果較差，會對汽車的NVH水平產生較大影響，干擾其他零部件工作。

在新推出的語文課程標準中提到了，在進行高中語文教學的過程當中，教師應當充分利用現(xiàn)有的教育資源，并且通過開展一些具有創(chuàng)造性的活動，來提高學生的學習興趣，幫助學生在實踐中將語文知識得以運用，多方面提高學生的語文學習能力。學生只有通過在活動和實踐當中不斷開闊自己的視野，與課堂當中自己所學到的知識相結合，才能夠形成完整的知識結構。豐富的課外活動使高中語文課堂變得更加豐富多彩，它是提高教學質量的要求，同樣也是教育發(fā)展的趨勢。

二是計算機實驗室沒有實現(xiàn)多功能化、高效化共享使用。計算機實驗室還是單一功能的實驗室，沒有做到一臺機多系統(tǒng)、多功能使用。傳統(tǒng)實驗室分為計算機公共課實驗室、軟件實驗室、硬件實驗室、網絡實驗室、圖形實驗室等，各實驗室承擔實驗課單一，設備利用率偏低，沒有充分做到實驗室多功能化、高效共享應用。

在不對發(fā)動機施加任何載荷的情況下，對模型進行分析，得到的結果如圖2所示。

圖6表示怠速工況下左前懸置z向動反力，在發(fā)動機運行穩(wěn)定后，其幅值為2 053 N。

一般來說，我們對句型的分析首先是兩種對立：主謂句和非主謂句的對立。主謂句是人類最常見的句型，這是一個復雜的大類，其中還有各種不同的分類，如動詞性謂語、名詞性謂語、形容詞性謂語、主謂謂語句等；這些次類中，又以動詞性謂語句為最常見的句型，除了一般的動詞謂語(帶狀語或不帶狀語)之外，還有動賓謂語、動補謂語、連動謂語、兼語謂語等。

從圖7可以看出加速度響應仿真結果在怠速激勵頻率25 Hz左右，而在25 Hz之前出現(xiàn)響應在懸置系統(tǒng)的固有頻率處。

圖8表示怠速工況下右前懸置z向動反力，在發(fā)動機運行穩(wěn)定后，其幅值為1 300 N。

從圖9可以看出加速度響應仿真結果在怠速激勵頻率25 Hz左右，而在25 Hz之前出現(xiàn)響應在懸置系統(tǒng)的固有頻率處。

圖10表示怠速工況下左后懸置z向動反力，在發(fā)動機運行穩(wěn)定后，其幅值為975 N。

從圖11可以看出加速度響應仿真結果在怠速激勵頻率25 Hz左右，而在25 Hz之前出現(xiàn)響應在懸置系統(tǒng)的固有頻率處。

圖12表示了怠速工況下右后懸置z向動反力，在發(fā)動機運行穩(wěn)定后，其幅值為655 N。

1.3.1 靜態(tài)z向載荷工況分析

從圖13可以看出加速度響應仿真結果在怠速激勵頻率25 Hz左右，而在25 Hz之前出現(xiàn)響應在懸置系統(tǒng)的固有頻率處。

通過對圖6至圖13分析，可以得出如下結論：各個懸置元件加速度響應仿真結果在怠速激勵頻率25 Hz左右，而在25 Hz之前出現(xiàn)響應反映出了系統(tǒng)的固有頻率；各懸置元件的z向動反力相比較，左懸置承受的力明顯大于了右懸置，并且左前懸置所承受的動反力遠大于另外三個懸置元件所承受的動反力。各個懸置元件的動反力分別為2 053 N、1 300 N、975 N、655 N，四項之和為4 983 N，可以看出該懸置系統(tǒng)具備一定的隔振能力。

2 發(fā)動機懸置系統(tǒng)的優(yōu)化設計

本設計分析的設計變量是懸置元件的剛度參數(shù)，不考慮阻尼的影響，懸置元件的其余參數(shù)為定值。

2.1 約束條件優(yōu)化

發(fā)動機懸置系統(tǒng)的約束條件主要考慮懸置系統(tǒng)的頻率約束、剛度約束及解耦率約束。

頻率約束：在實際工程應用中，要求懸置元件的固有頻率小于發(fā)動機的激勵頻率，同時還要大于來自路面的激勵頻率。在發(fā)動機怠速工況運轉下的激勵頻率為25 Hz，而路面?zhèn)鬟f給汽車的激勵頻率為5 Hz左右。通過綜合考慮和計算，對發(fā)動機懸置系統(tǒng)各方向的固有頻率約束范圍在5～17 Hz。

剛度約束：懸置元件剛度過大會導致隔振效果降低，剛度過小會導致懸置元件在運動過程中與其他的零件產生相互干擾，影響汽車的正常運轉。因此主要考慮以下兩點：1)在有較大作用力的方向，剛度選擇較小值，隔離振動的效果更好；2)當不存在作用力或者作用力較小時，可以選擇較大的剛度值，因為該方向主要是對發(fā)動機起到支撐作用。綜合考慮，對各個懸置元件設置的剛度范圍如表7所示。

2.2 解耦率優(yōu)化

本文優(yōu)化目標是提高各階模態(tài)的解耦率，降低振動傳遞率。發(fā)動機懸置系統(tǒng)的能量解耦：在發(fā)動機懸置系統(tǒng)的優(yōu)化設計中，發(fā)動機懸置系統(tǒng)的各向解耦率是不可能達到100%的，根據實際工程應用，6個方向解耦率全部大于85%時，如表8所示。滿足優(yōu)化設計的要求，數(shù)學模型如式(2)所示

(1)培訓目的:通過3個月的培訓,新護士能熟練掌握各類診療器械、器具和物品的清洗、消毒、滅菌的知識與技能;掌握相關清洗消毒、滅菌設備的操作規(guī)程;職業(yè)安全防護原則和方法;醫(yī)院感染預防與控制的相關知識。

(

)=1-

(2)

其中，

表示懸置剛度實際變量，

表示第

階模態(tài)解耦率。

第三，從上圖我們還可以知道，建安時期文人在詩歌中喜歡情感基調悲哀或者清厲的詞，如“悲風”、“哀弦”、“清歌”、“悲聲”、“清琴”等讓人情感低落的詞，在逯欽立先生的《先秦漢魏晉南北朝詩》中，涉及魏這一段的詩歌，凡講到鳥聲皆是“哀鳴”，凡涉及歌，皆為“清歌”，沒有艷麗的詞匯，風也是“秋風”，還喜用“簫簫”、“肅肅”，“蕭瑟”等詞，就算沒有樂曲的陪伴，也營造出悲涼的氣氛，在樂曲的渲染下更是如此。

振動傳遞率表示了發(fā)動機的激勵通過懸置系統(tǒng)向車架傳遞的力大小，在優(yōu)化設計時，振動傳遞率越小越好，數(shù)學模型如式(3)所示

(

)=

+

(3)

其中，

和

分別是側傾方向傳遞率和垂向傳遞率的加權因子，并且滿足

+

=1，

和

分別表示發(fā)動機懸置系統(tǒng)的垂向以及側傾方向的振動傳遞率。

3 結論

本文以提高發(fā)動機懸置系統(tǒng)的隔離振動能力為目標展開了研究。利用ADAMS和MATLAB模型，對發(fā)動機施加怠速工況的激勵，通過軟件分析，發(fā)現(xiàn)在怠速工況下，該發(fā)動機懸置系統(tǒng)的隔離振動效果較差，會對汽車的NVH水平產生較大影響，會干擾其他零部件工作。考慮懸置元件的剛度影響，對模型進行優(yōu)化后，解耦率達到了預期要求。

[1] 梁玉秀，基于ADAMS的發(fā)動機懸置系統(tǒng)減振性能分析與優(yōu)化設計[D].太原：中北大學,2015

[2] 劉策，發(fā)動機懸掛系統(tǒng)特性仿真和穩(wěn)健優(yōu)化[D].合肥：合肥工業(yè)大學，2017.

[3] 張紫微，鄭玲，薛婉瑩，等.基于6σ的汽車發(fā)動機半主動懸置穩(wěn)健性優(yōu)化設計[J].振動與沖擊,2020,39(15):243-249.

[4] 陳劍,劉策,楊志遠,等.基于6Sigma方法的發(fā)動機懸置系統(tǒng)穩(wěn)健優(yōu)化設計[J].合肥工業(yè)大學學報(自然科學版),2017,40(11):1469-1473.