汽车排气系统静力学计算及模态分析

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1、万方数据．设计．计算．研究．汽车排气系统静力学计算及模态分析★侯献军I刘志恩I颜伏伍1刘庆2(1．武汉理工大学；2．河南机电高等专科学校)【摘要】建立了某汽车排气系统的有限元模型，并进行了有限元模型的静力学计算和模态分析。静力学计算结果表明．该车辆排气系统各橡胶吊耳处受力相对均匀．系统的最大位移和应力均满足设计要求。模态分析结果表明，怠速和经济转速下发动机的排气激励频率避开了该排气系统的同有频率．使得该系统具有较好的动态特性。主题词：排气系统静力学计算模态分析中图分类号：U464文献标识码：A文章编号：1000—37

2、03(2010)01—0040—03StaticsCalculationandModalAnalysisofAutomotiveExhaustSystemHouXianjun’，LiuZhienl，YanFuwul，LiuQing。2(1．WuhanUniversityofTechnology；2．HenanMechanicalandElectricalEngineeringCollege)【Abstract]AFEmodelofanautomotiveexhaustsystemisestablishedinthep

3、aperandstaticcalculationandmodalanalysisoftheFEmodelarecarriedout．Thestaticscalculationresultsindicatethatloadappliedatallthembbershacklesoftheexhaustsystemisrelativelyeven，themaximumdisplacementandthestressofthesystemsatislythedesignrequirements．Themodalanalys

4、isresultsindicatethattheengine'sexhaustexcitingfrequencyatidlingspeedandeconomicspeedkeepsofffromthenaturalfrequencyofexhaustsystem，SOthesystemhasgooddynamicperformance．Keywords：ExhaustSystem，Staticscalculation，ModaIanalysis1前言汽车排气系统的振动、噪声问题一方面影响汽车的舒适性。降低汽车的品质．

5、另一方面污染环境⋯。车辆运行时．排气系统承受来自发动机的周期动载荷．载荷引起排气系统振动从而影响系统结构件以及吊挂件的疲劳寿命及可靠性．同时。周期振动通过排气系统橡胶吊挂传递到车体．影响车身结构的噪声振动平顺性(NVH)性能指标。因此有必要对排气系统振动特性进行分析与优化。2有限元模型的建立汽车排气系统通常主要包括主副排气消声器、波纹管、法兰盘、挂钩、橡胶吊耳、主管和尾管。其前端法兰盘通过螺栓与发动机刚性相连．中间法兰盘通过螺栓将管道连接．挂钩处通过橡胶吊耳悬挂在车厢底板平面上。在对排气系统进行有限元建模时．采用壳体

6、单元Shell63对排气管道和消声器进行网格离散。由于消声器结构复杂．为了网格离散的方便，对其几何结构有一定的简化：前后端面简化为平面；双层壳体简化为层但保持总厚度不变：隔板、穿孔管上的小孔不考虑等。连接法兰和挂钩被假设与排气管连接良好。采用实体单元Solid45进行离散，同时在建模过程中．使之实现与Shell63单元节点的良好耦合。波纹管模型采用薄壁管单元来简化。在简化过程中保证波纹管的长度、体积、质量、对轴线的转动惯量、轴向以及周向的弹簧比率不变。从而得到与波纹管对应的直壁薄管的参数：弹性模量、切变模量、长度、内

7、径和厚度

8、2l。同时薄壁管单元两段的节点与两边主管上的节点实现耦合．考虑到橡胶特性的复杂性，在对排气系统进行约束分析时。主要约束排气系统与排气歧管相接触的法兰面．橡胶吊耳处则通常简化成弹簧和阻尼．在局部坐标中给定刚度和阻尼值131。按上述思路．采用专业的网格划分软件Hyper-Mesh得到该排气系统的有限元网格模型．如图l所示，其橡胶吊耳处已于图中表明。该模型加载了相应的材料属性和边界条件．材料属性见表1所列，边界条件为发动机和橡胶吊耳的约束。在网格划分过程中．为了保证其计算精度．对挂钩和管道的结合处进行了网格细化．

9、同时保证网格的均匀过渡．共得到82396个Shell63单元。38319个Solid45单元．20·基金项目：国家“十一五”863计划资助项目(2007AA062341)·--——40---——汽车技术万方数据．设计．计算．研究．个Pipel6单元．6个Combinl4单元。图l某轿车排气系统的有限元模型表1零部件的材料属性弹性模鞋密度，零部件