周新_汽车排气系统振动有限元分析

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1、Altair2013技术大会论文集汽车排气系统振动有限元分析VibrationFiniteElementAnalysisofVehicleExhaustSystem周新郑慧淼王猛刘艳(上海天纳克排气系统有限公司研发中心上海201814）摘要：本文运用Altair公司提供的软件模块HyperMesh以及RADIOSS对某汽车排气系统进行了网格划分，并进行了全系统振动分析。分析复现了试验失效模式，模拟与试验结果相吻合。基于上述模型对提高排气系统耐久特性进行了优化设计，成功解决了排气系统振动耐久设计问题。关键词：排气系统振动分析耐久特性HyperMeshRAD

2、IOSSAbstract:Inthispaper,HyperMeshandRADIOSSwereemployedtodosimulationforavehicleexhaustsystem.Vibrationwasanalyzed,whichcorrelatedwellwiththetestresult,andamufflerinletpipeweldingseamcrackdurabilityissuewassolvedsuccessfully.Keywords:Exhaustsystem,vibrationanalysis,durabilitycha

3、racteristic,HyperMesh,RADIOSS1引言汽车排气系统是汽车的重要组成部分，其一端与汽车发动机相连，其它部件通过吊钩、吊耳与汽车底盘相连。汽车排气系统设计需要考虑发动机振动激励对其耐久性的影响，对于发动机振动激励模拟试验，实验室通常都是简化为单轴振动试验。其实验规范为：1)将排气系统与发动机连接端固定在振动台上，在关键部位贴上应变片做扫频分析，找到响应最大的频率点；2）在上述频率点进行定频振动试验，观察各焊缝位置在1000万次振动下是否会失效。本文针对该振动试验发生的耐久失效，运用Altair公司提供的软件模块HyperMesh与R

4、ADIOSS对其进行了振动模拟仿真分析并提供了优化设计，成功解决了失效问题。振动台排气系统吊耳图1汽车排气系统振动试验图图1所示为汽车排气系统振动试验图：排气系统进气法兰与振动台连接，其它部件通过吊钩吊-1-Altair2013技术大会论文集耳与试验台架进行连接。2试验结果按照前述试验方法，先对排气系统进行了扫频分析，发现该系统在120Hz时，各关键部位响应最大，固在定频振动试验阶段选择了120Hz作为激励频率；并且在振动台输入了垂直方向0.0928mm的位移激励。如图2为试验消声器进气管失效图。试验进行到180万次振动时消声器进气管焊缝处发现裂纹。图2

5、消声器进气管失效图3有限元分析为了评判该设计的耐久特性对其进行了有限元分析，如图3为汽车排气系统有限元模型，该模型通过HyperMesh划分网格并设置连接方式。模型由两个消声器、五个吊钩吊耳以及排气管等组成。其中消声器壳体及排气管用壳体单元模拟，实芯吊钩、法兰用实体单元模拟，橡胶吊耳用弹性单元模拟。图3汽车排气系统有限元模型-2-Altair2013技术大会论文集由前述试验知：振动失效位置为编号为7的焊缝处。通过在HyperMesh中设置求解，运用RADIOSS求解器对排气系统进行了频率响应分析。分析表明，有限元模型中最大频率响应点发生在128.9Hz，

6、故在后续分析中，输出了排气系统在128.9Hz时，各焊缝处最大应力，计算结果如表1。由计算数据可知：编号为7的焊缝处应力最大，与试验失效位置匹配。表1排气系统振动激励下焊缝处最大应力为了减小编号为7的焊缝处最大应力，提高排气系统耐久特性，对排气系统进行了优化设计，如图4所示，给消声器进气管增设了一个支架，并且将进气管的厚度由1.5mm增加到了1.8mm。图4排气系统优化方案优化设计后，系统最大响应频率点偏移到130.1Hz，排气系统各焊接部位最大应力如表2所示。表2优化排气系统振动激励下焊缝处最大应力-3-Altair2013技术大会论文集对比表2与表1

7、编号为7处的应力，可以发现：最大应力从57.4Mpa减小到了40.6Mpa，应5.5力减小了29.3%，由疲劳寿命公式：N2/N1=(57.4/40.6)=6.6可知，寿命可以提高6.6倍。结合当前的设计寿命，其疲劳振动次数可以达到11.88百万次，满足设计要求。4结论本文运用Altair公司提供的软件模块HyperMesh与RADIOSS成功模拟分析了汽车排气系统振动耐久失效问题。结果表明：模拟方法以及软件有很高的可靠性，可以为类似问题的解决提供参考。5参考文献[1]AltairEngineering,“RADIOSSTrainingMaterial”

8、.[2]于开平，周传月，谭惠丰等.HyperMesh从入门到精通[M].科学出版