Page 314 - 《振动工程学报》2025年第11期

第 38 卷第 11 期 振 动 工 程 学 报 Vol. 38 No. 11
2025 年 11 月 Journal of Vibration Engineering Nov. 2025

考 虑 非 线 性 与 不 确 定 性 的 货 物 -包 装 -车 辆 耦 合

系 统 建 模 与 优 化

郑益谦 1,2,3 ， 肖庚宇 1,2,3 ， 王志伟 1,2,3 ， 李嘉豪 1,2,3

（1. 暨南大学包装工程学院，广东 珠海 519070； 2. 暨南大学产品包装与物流广东普通高校重点实验室，广东 珠海 519070；
3. 暨南大学包装工程研究所，广东 珠海 519070）

摘要：针对公路运输中多层堆码货物的振动损伤问题，建立货物-包装-车辆耦合动力学模型，系统分析了非线性包装参数与多
源不确定性因素共同作用下的振动传递机理。综合考虑包装刚度/阻尼非线性，公路等级与堆码配置（层数/质量/质心位置）等
不确定性，提出多层堆码包装优化方案。结果表明：多层货物-车辆耦合效应会引入新的共振峰并放大既有振动，堆码层数和
路面等级的提高均会加剧顶层货物振动；包装非线性刚度和阻尼对全频段振动产生显著影响，而堆码货物的质心位置偏移会
以对称或非对称方式改变响应特性。相比传统确定性优化方法，本文提出的不确定性优化方案虽在减振指标上略逊色，但具
有更强的鲁棒性和工程适用性。
关键词： 运输包装；包装优化；多层堆码；车货耦合
中图分类号：U461.4；O324 文献标志码：A DOI：10.16385/j.cnki.issn.1004-4523.202509001

Modeling and optimization of cargo-packaging-vehicle coupled systems
incorporating nonlinearities and uncertainties

ZHENG Yiqian 1,2,3 ，XIAO Gengyu 1,2,3 ，WANG Zhiwei 1,2,3 ，LI Jiahao 1,2,3
（1.College of Packaging Engineering，Jinan University，Zhuhai 519070，China；2.Key Laboratory of Product Packaging
and Logistics of Guangdong Higher Education Institutes，Jinan University，Zhuhai 519070，China；
3.Packaging Engineering Institute，Jinan University，Zhuhai 519070，China）

Abstract：This study addresses vibration damage in multi-layer stacked cargo during road transport by developing a coupled cargo-packaging-
vehicle dynamic model. The effects of nonlinear packaging parameters and multi-source uncertainties (road conditions， stacking
configuration，and mass distribution) are analyzed. Results indicate that cargo-vehicle coupling introduces new resonance peaks and amplifies
existing vibrations，particularly at the top layer. Nonlinear stiffness and damping significantly affect vibration responses，while center-of-mass
offsets alter response patterns symmetrically/asymmetrically. Compared to deterministic methods，the proposed uncertainty-based optimization
offers slightly reduced attenuation but greater robustness and practical applicability for real transport scenarios.
Keywords：transportation packaging；packaging optimization；multi-layer stacking；vehicle-cargo coupling

运输包装动力学是保障产品包装设计有效性与 进行模拟运输试验 。这种评估方式本质上忽略了
[3]
可靠性的理论基础。传统运输包装设计，关注在给 运输车辆与货物之间的动力学耦合效应，简单地将
定运输激励下如何降低传递到产品的加速度峰值， 车辆系统视为激振源。然而，货物作为惯性质量，尤
使响应加速度小于产品脆值，以保证产品不被损坏 。 其是多层堆码货物，在运输振动过程中会对车身产
[1]
然而，传统包装动力学的研究对象局限于“货物-包 生动态的惯性力，这个动态力会改变车身的运动状
[4]
装”本身，其激励输入是由路面运输实车信号采集获 态，反过来又会影响货物本身的振动响应 。因此，
得。通过将加速度传感器布置在车身中心或边角位 在进行运输包装动力学设计时，车辆-货物-包装之间
置 ，测试运输过程中车身的加速度时间历程信号， 的力学耦合效应是不可忽略的。
[2]
处理得到加速度功率谱密度，并在实验室振动台上 然而，现有车辆动力学方面的研究大都将车辆

收稿日期：2025-09-01；修订日期：2025-09-28
基金项目：国家自然科学基金资助项目 (52405106，50775100)；中国博士后科学基金资助项目 (2024M761169)；国家资助
博士后研究人员计划资助项目 (GZC20230960)