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混凝土泵车是一种用于混凝土浇注的大型工程机械。在其工作过程存在着大量的耦合现象，例如:臂架大范围运动和弹性变形的耦合、臂架机械系统与液压系统的耦合、输料管中流体与结构的耦合以及混凝土输送过程中流体相与固体颗粒相的耦合等。而这些耦合现象严重影响混凝土泵车的性能和浇注质量，因此研究这些耦合现象具有十分重要的意义。 本文从混凝土泵车的具体工况出发，建立了混凝土泵车几种典型耦合现象的数学模型，并进行了仿真和相关的实验研究。本文主要包括以下内容: (1)混凝土泵车臂架系统具有冗余自由度，当末端到达某一指定的浇注位置时，臂架的各个自由度相互关联和影响，因此广义来说各个关节变量之间存在耦合。本文在简化泵车臂架模型的基础上，建立了混凝土泵车臂架的运动方程，利用臂架的雅可比矩阵在速度空间上进行了逆运动学求解。提出了用于求解臂架逆运动学问题的模糊梯度投影法，并给出圆弧和直线运动时的臂架末端轨迹曲线。 (2)泵车臂架朝着大尺寸和轻质的方向发展，传统的刚性模型不能满足臂架设计和臂架控制的要求，因此有效和准确地建立刚柔耦合动力学模型是必要的。本文以单节柔性臂架动力学方程为基础，提出了利用假设模态法和臂架运动约束方程建立混凝土泵车刚柔耦合的臂架动力学方程的新方法。这种方法不仅得到了与常规拉格朗日方法相同的结果，而且避免了大量复杂的计算。在得到刚柔耦合的动力学方程后，采用迭代的方法，进行了逆动力学问题的求解，并对满足特定轨迹的激振力进行了优化。 (3)泵车是由液压系统驱动的大型工程机械。因此，泵车的臂架是一个典型的机械和液压、刚性运动和弹性变形的多元耦合系统。本文通过液压系统的雅可比矩阵将刚柔耦合的臂架的动力学方程和非线性液压系统的动力学方程联系起来，得到完备的臂架耦合系统模型。通过实验，对液压系统的不确定参数进行了辨识。此外，由于柔性坐标很难进行测量，因此本文在柔性广义坐标观测器的基础上，利用反演控制的思想，设计了机液耦合的柔性臂架系统控制器，实现了无柔性坐标传感器的要求，并以实例验证了算法的可行性和控制精度。 (4)混凝土泵车在浇注过程中，输料管振动和混凝土流动是典型的流构耦合现象。本文根据输料管的结构特点，建立了输料管和混凝土的耦合运动微分方程;通过无量纲化、离散化，利用模态截断法得到了在不同流速和不同压力下混凝土输送时管道的固有频率曲线，从避免共振的角度出发研究泵车输送参数的选择。 (5)在浇注过程中，输料管中的混凝土砂浆属于典型的两相流物质，所以存在着流体运动和固体颗粒运动的耦合。在考察水泥浆和固体颗粒的流动特性的基础上，选择了用于模拟多相流的双Euler模型，建立了混凝土泵车输料管中混凝土流动的有限差分的两相流模型，在给定的条件下利用CFD(Compute Fluid Dynamic)数值仿真研究了水泥和固体颗粒在管道中流动的特性。