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研究生: 葉柏晟
Po-cheng Yeh
論文名稱: 具隨機參數單汽缸引擎動態響應與最佳化設計之研究
A Study on the Dynamic Response and Optimal Design of Single-Cylinder Engine with Random Parameters
指導教授: 呂森林
Sen-lin Lu
口試委員: 黃聰耀
Cong-yao Huang
劉見賢
Chien-hsien Liu
學位類別: 碩士
Master
系所名稱: 工程學院 - 機械工程系
Department of Mechanical Engineering
論文出版年: 2009
畢業學年度: 97
語文別: 中文
論文頁數: 93
中文關鍵詞: 隨機變數單汽缸引擎粒子群最佳化
外文關鍵詞: single-cylinder engine
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本論文主要的目的在研究單汽缸引擎的動態響應與最佳化設計,文中將分析引擎在運轉週期的動態響應,例如:平均扭矩、搖撼力、側向力及各元件之受力等,文中並假設曲柄軸與連桿之長度為隨機變數,汽缸內之氣體壓力為隨機過程,分析這些力矩及受力的平均值及變異係數。最後再利用粒子群最佳化演算法(PSO),以連桿與曲柄軸的長度及連桿的質心位置為設計變數,來設計具最佳化平均扭矩輸出之單汽缸引擎。文中將以數個數值範例來探討連桿與曲柄軸長度比,連桿質心位置及曲軸轉速等參數與單汽缸引擎動態響應的關係。並討論隨機參數動態響應的影響,其結果將與蒙地卡羅模擬值作比較。


The main object of this thesis is to study the dynamic responses and optimal design of a single-cylinder engine. The dynamic responses such as average torque, shaking force, bearing forces acting on the wrist-pin, crank-pin and piston, are analyzed. The crankshaft length and connecting-rod length are assumed to be random variables, and the gas pressure in cylinder is random process. Accordingly the mean and coefficient of variation of the dynamic responses are derived. At last, a single-cylinder engine possessing the optimal average torque output is designed by using the Particle Swarm Optimization (PSO), considering the connecting-rod length, crankshaft length and mass center position of connecting-rod as design variables. Several numerical examples are illustrated to study the relationship between the dynamic responses and the connecting-rod length and crankshaft length ratio, mass center position of the connecting-rod, and crankshaft angular speed. In addition, the effects of random parameters on the dynamic responses will be investigated, and the results will be compared with those obtained by using the Monte Carlo simulation.

摘要 I ABSTRACT II 誌謝 III 目錄 IV 符號對照表 VII 圖目錄 IX 表目錄 XIII 第一章 緒論 1 1.1前言 1 1.2文獻回顧 2 1.3研究目的與動機 5 1.4論文架構 5 第二章 機率與隨機過程基本理論 7 2.1機率與統計 7 2.1.1常態分佈 7 2.1.2均勻分佈 8 2.2多維隨機變數之非線性函數平均值及變異數 9 2.3隨機過程 10 2.4關聯性與頻譜密度 11 2.5蒙地卡羅模擬法 14 第三章 單汽缸引擎的簡化模型與動力分析 17 3.1單汽缸引擎簡化模型之運動分析 17 3.2單汽缸引擎簡化模型之力學分析 20 3.3動力等效系統 24 3.4具隨機變數單汽缸引擎動態分析 26 第四章 PSO最佳化演算法 27 4.1最佳化問題數學模型 27 4.2粒子群最佳化演算法 27 4.2.1粒子群最佳化之發展背景 28 4.2.2 PSO執行程序 29 4.2.3 PSO運算流程與演算法流程 31 4.3慣性權重粒子群最佳化 34 4.4壓縮因子式粒子群最佳化 36 第五章 範例和討論 38 5.1範例一 不同L/R比時,汽缸響應分析 38 5.1範例二 汽缸響應與連桿質心位置分析 47 5.1範例三 汽缸響應與曲柄軸轉速分析 52 5.1範例四 汽缸響應與曲柄軸長度分析 57 5.2範例五 具隨機參數引擎之動態分析 66 5.3範例六 粒子群最佳化設計 84 第六章 結論與未來展望 89 6.1結論 89 6.2未來展望 90 參考文獻 91 作者簡介 93

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