大跨度多自由度机构的非完全相似试验模型设计方法

郭 凯，陈新元，李 勇，张俊峰，杨海清

（1.武汉科技大学 机械自动化学院，武汉 430081；2.山推楚天工程机械有限公司，武汉 430200）

0 引言

结构动力学模型试验研究是一种用来获取复杂结构动力学特性的较为客观和直接的研究方法。大跨度多自由度机构如混凝土泵车臂架、消防车云梯等都具有自由度多、控制调节灵活、共振频率低等特点，分析机体动力学特性，既能够较为准确地预估大跨度多自由度机构的振动水平，又能够指导机体的结构设计。由于在实际结构上进行模型试验危险系数大，不可控因素多，因此，建立一个与原结构满足一定动力学相似关系的缩比模型进行试验是现阶段一种行之有效的方法[1]。在缩比模型设计中，可分为完全相似模型和不完全相似模型。对于大跨度多自由度机构来说，由于各子系统尺度差异很大，相似模型很难实现完全相似，此时采用不完全相似缩比模型进行试验研究是必要的。

本文提出了一种以缩比模型的主要设计尺寸或者材料属性为控制变量，调整模型相似比，寻找到各变量合适的相似比，以满足影响试验对象的一个或者多个主要研究指标，从而设计出非完全相似试验模型。本文首次将神经网络联合NSGA-II算法的多目标优化方法运用于非完全相似模型的设计中，解决了多目标优化模型建模难及寻优难的问题。

1 非完全相似试验模型的设计方法

1.1 大跨度多自由度机构相似关系

在一般外载荷激励作用下，结构发生振动，各主要物理参数之间的关系可以用以下形式表示为：