某轿车排气系统振动特性仿真及优化
某汽车排气系统振动特性
图 １ 排 气 系 统 三维 几 何 模 型
Ｆ ｇ１ ｉ ．Ｔｈ － ｍｏ ｅ ｆ ｘ ａ ｓ ｙ ｔｍ ｅ ３ Ｄ ｄ ｌ ｈ ｕ ｔ ｓｅ ｏ ｅ ｓ
下， 去除这 些 穿孔结 构 ， 之简 化为通 管 。 使 该 排 气 系 统 的材 料 为 钢 材 ， 厚 为 １ Ｔ 其 壁 ．ｍｌ， ５ ｌ 密 度 为 ７９０ｋ／ ， 松 比 为 ０３ ， 性 模 量 为 ３ ｇｍ３泊 ．１ 弹
汽 车排 气 系统 是 由波纹 管 、 化剂 装 置 、 催 消声器 和 各个 连接 管组 成 】 ， 它是车 辆 一部分 。三 元催 化剂
通 过 获 得 排气 系 统 的各 阶 固有频 率 及 其振 型 ， 能够
为排 气 系 统 的结 构提 出意 见 ， 免 工作 频 率 与 固有 避
装 置 能够 有效 减少 发动 机工 作 中产生 的有 害气 体 成
ｌ ｚ ｄ ａ ｄ ｔ ｅ ｓ ｇ ｅ ｔ ｎ ｏ ｉ ｒ ｖ ｅ ｓ ｕ ｔ ｒ ｒ ｉ ｅ ｒ ｅ ｅ ｅ ｃ ｎ ａ ｃ ｐ ｒ ｔ ｎ ｌ ｅ ｉｂ ｌ ｙ ａ ｄ ｓ ｒ ｉ ｅ ｌ ｅ ｙ ｅ ｕ ｇ ｓｉ ｓｔ ｎ ｈ ｏ ｍｐ ｏ ｅ ｔ ｔ ｃ ｕ ｅ ａ ｅ ｇｖ ｎ ｆ ｆｒ ｎ ｅ ｔ ｅ ｈ ｈ ｒ ｏ ｒ ｏ ｎ ｅ ｏ ｅ ａｉ ａ ｌ ｉ ｔ ｅ ｖ ｃ ｉ ｏ ｒ ａ ｉ ｎ ｆ
元， 吊钩 部 分使 用 四面体 单 元 。而 对 于模 态 分 析 的 约束 条 件 ， 发动 机视 为 刚体 ， 发 动机 的排气 口的 将 在 链接 法 兰处 ， 施加 固定 的约 束 ； 需要考 虑 到橡胶 吊耳
图 ２ （）３ 固有 振 型 ｃ 阶 Ｆｇ２ （ ａ ｒｌ ｄ ｆ ｉ ａｉｎ ｉ． ｃ ｒ ｎ ｔ ａｍｏ ｅ ｂ ｔ ）３ ｄ ｕ ｏｖ ｒ ｏ
车辆排气系统模态和振动特性及组件敏感性研究
车辆排气系统模态和振动特性及组件敏感性研究车辆排气系统作为汽车的重要组成部分之一，除了发挥着排放废气的作用，还会影响车辆的性能和噪声体验。
研究车辆排气系统的模态和振动特性，以及组件的敏感性，可以为车辆的噪声、振动与精度方面提供重要的参考，有利于优化车辆设计和提高车辆性能。
首先，我们来了解一下车辆排气系统的模态和振动特性是什么。
说的简单点儿，模态就是在特定光滑周围，震荡频率最低且震荡模态比较单一的状态；振动特性就是对车辆排气系统施加外力后所产生的振动的性质和规律，例如桥架和腾纵梁的振动特性。
通常，车辆排气系统的振动会产生一系列的噪声，可能会影响车内的乘坐舒适度。
车辆排气系统的振动特性与其结构有关，排气系统主要由排气管、消声器和尾管组成。
排气管是由许多管道构成的，如果管道上出现谐振波，就会引起某些引起外界动态作用的短暂激烈振动，在驾驶过程中会产生强烈的噪音。
消声器通过包含一些吸音材料以降低噪音。
尾管主要作用是将废气从汽车的后部排出，通常不会影响车辆的振动性能。
除此之外，车辆排气系统各组件之间的敏感性也是需要研究的。
不同大小，使用材料不同的排气管，需要考虑其尺寸和形状的影响，例如在保证足够放气量的基础上尽量缩短减少发动机输出平台长度来提高车辆的动力。
消声器内填充了不同类型和密度的吸声材料，不同的填充方式，能够降低不同振动频率的噪音的输出。
为了研究车辆排气系统的模态和振动特性，目前多采用有限元法来进行数值分析，通过对输出的振动频谱进行计算，并比较不同组件结构之间的差异，来选取出最为合适的结构方案，如选取合适尺寸尽量缩短减少发动机输出平台长度，选择合理的吸音材料，并调整消声器内部的填充方式等，以达到最优的噪音控制效果。
综上所述，车辆排气系统的模态和振动特性，以及组件的敏感性研究，对汽车厂商优化车辆设计，提高车辆的整体性能、降低噪音、振动和精度方面提供了很大的帮助，让驾驶体验更加舒适愉悦。
在研究车辆排气系统的模态和振动特性时，需要考虑到许多因素，例如排气管的材质与厚度、消声器的填充材料与结构、尾管的长度等，这些因素都会对振动特性产生影响。
某车排气系统性能的数值模拟及优化研究
系 统 的 压 力 损 失 要 小 ，做 到 装上 排 气 系 统 后 ，所 增 加 的压 力 损 失 不 影 响 设 备 的 工 作 效 率 ， 证 排 保 气 通 畅 。排 气 系统 的压 力损 失 与发 动 机 的 功 率 和 燃 油 经 济 性 密 切 相 关 ， 力 损 失 大 ， 率 损 失 也 压 功
就 大 设计 时 应 在 保 证 传 递 损 失 的 前 提 下 尽 量 减 少 压 力 损 失 。最 后 在 结 构 性 能 上 ， 求 排 气 系 统 要 体 积 小 、 构 简 单 、 于 加 工 、 济 实 用 、 再 生 结 便 经 无
噪声等 。
２２ 声场 模型 ． 在 Ｈ ｐｒ ｓ ｙ ｅｍｅｈ中将 有 限元模 型 导成 ｂ ｆ 式 的 ｄ格 文件 ， 导入 到 Ｖ ｒ ａ．ｂ中 ， 定 边 界 条 件 ， 进 行 ｉｕ １ａ ｔ １ 设 并 声 场 性能 分析 。 口设定 为单 位振 速 ， 口模 拟 声音 进 出 在 出 口处没 有 反射 的效 果 ，在 出 口处定 义 一个 全吸 声 的 属性 ，声 阻抗 为 ４ ６５ｋ ・ ２ ，计 算频 率 范 围 １． ｇ ｍ ／ ｓ ２ ～ ０ ， ５Ｈ ０ １０ ０Ｈｚ 以 ｚ为步长 进行计 算 。
３ １ 声 场 结 果 ． 声 场 计 算 获 得 的 传 递 损 失 结 果 如 图 ３所 示 ， 对
结 果进 行 分析发 现 ， 此排 气 系统 在 ２ ０Ｈｚ以下 的低 ０
频 和 ４０ ５ ０Ｈ ５ ～ ５ ｚ之 间 的 消 声 量 不 到 １ Ｂ，０ — ０ｄ ２ ０
好 ，排 气 系统 的仿真 模 型很 好地 反映 了实际结 构 的
声学 特 性 ， 明建 模 方法和 分析 方法是 正确 的 。 表 仿真 模 型能 够满 足理 论 分析 的要 求 ，为排 气 系统 的改进 提供 了较好 的模 型基 础 。
某乘用车排气系统振动性能分析及优化设计
摘要作为汽车的重要组成部分，排气系统主要起降噪减振、尾气净化的作用。
由于发动机振动通过排气系统传到车身直接影响整车乘坐舒适性与平稳性，因此排气系统的振动控制对提高整车的NVH性能有重要意义。
本文以某乘用车排气系统为研究对象，通过模态分析、动力学分析等确定排气系统振动存在的主要问题，包括与发动机产生共振和振动性能不满足企业要求；再通过多目标优化，使排气系统约束模态避开发动机激励频率，在满足疲劳耐久性的要求下，提高系统振动性能。
首先建立排气系统有限元模型并验证模型有效性。
基于吊耳的超弹性特性，建立其本构模型并计算动刚度，用弹簧阻尼单元进行模拟。
简化排气系统部分结构，建立有限元模型。
对比排气系统自由模态和约束模态的仿真结果和实验结果，频率误差均在工程限值内，且主要阶次振型趋势基本一致，验证了仿真模型的有效性。
其次评估排气系统疲劳耐久性与振动性能。
静力学分析结果表明，吊耳静变形和预载力分别小于5 mm和55 N，满足企业要求，说明吊耳疲劳耐久性较好；动力学分析结果表明，吊耳传递力超过10 N且均匀性较差，说明排气系统振动性能不满足企业标准，影响整车舒适性。
同时排气系统第6阶约束模态与发动机激励频率重叠，排气系统将与发动机发生耦合产生强烈共振，振动性能较差，因此有必要对排气系统振动性能进行优化设计。
最后采用多目标优化设计方法对排气系统振动性能进行优化设计。
灵敏度分析结果表明吊耳动刚度对排气系统模态、疲劳耐久性和隔振性能均有较大影响，因此通过改变5个吊耳的动刚度值，使排气系统约束模态避开发动机激励频率，在满足疲劳耐久性的要求下，提高排气系统的隔振性能。
优化结果显示，排气系统约束模态避开发动机激励频率1Hz以上，吊耳传递力及其标准差分别下降34.48%和45.6%，排气系统隔振性能有较大幅度的提高，验证了该优化方案的可行性。
关键词：排气系统；模态分析；振动分析；优化设计ABSTRACTAs an important part of the automobile, the exhaust system plays an important role in noise reduction and exhaust gas purification. The engine excitation is transfered to the car body through the exhaust system, directly affecting the comfort and stability of the vehicle. Therefore, the exhaust system vibration control is of great significance to improve the NVH performance of the vehicle.This paper regards a passenger car exhaust system as a study case. The main problems of the exhaust system is determined through the modal analysis and dynamic analysis, including resonance with the engine and poor vibration performance. By the multi-objective optimization, the constrained mode doesn’t overlap with the engine excitation frequency, and the vibration performance of the exhaust system is obviously improved.Firstly, the finite element model of exhaust system is established and the validity of the model is verified. In order to obtain its dynamic stiffness, the hyperelastic constitutive model of the lug is established. The finite element model is set up by simplifying part of the 3D model. The natural frequencies and mode shapes of exhaust system are identified using the experimental modal test, and are compared with the numerical modal result. The deviation between numerical modal and experiment modal analysis is within a reasonable range, thus the effectiveness of FE model is verified.Secondly, the fatigue durability and vibration performance of exhaust system is evaluated. The static analysis results show that the static deformation and preload of lugs are relatively less than 5 mm and 55 N, satisfying the requirements of the enterprise, which indicate that lugs have good fatigue durability. The dynamic analysis results show that the transmission force exceeds 10 N and its uniformity is poor, thus the vibration performance does not meet the enterprise standard, affecting the vehicle comfort. What’s worse, the exhaust system will resonate with the engine because the sixth-order constraint mode of the exhaust system overlaps with the engine excitation frequency. Therefore, it is necessary to optimize the vibration performance of exhaust system.Finally, the multi-objective optimization design method is used to optimize the vibration performance of the exhaust system. The sensitivity analysis illustrates that the lugs’ dynamic stiffness have a great impact on constraint mode, fatigue durability and vibration performance of the exhaust system. Therefore by changing the lugs’ dynamic stiffness, under the premise that the constrained mode doesn’t fall within the engine excitation frequency’s interval, the lugs’fatigue durability meets the requirements of the enterprise, the vibration performance of the exhaust system is improved by the a large extent. After optimization, the difference between the exhaust system mode and the engine excitation frequency is 1 Hz above, the transmission force and its standard deviation are respectively decreased by 34.48% and 45.6%, accordingly verifying the feasibility of the optimization scheme.Keywords: Exhaust System; Modal Analysis; Vibration Analysis; Optimization Design目录摘要 (I)ABSTRACT (II)第一章绪论 (1)1.1 研究背景及意义 (1)1.2 排气系统振动控制研究现状 (1)1.2.1 排气系统振动控制国外研究现状 (1)1.2.2 排气系统振动控制国内研究现状 (4)1.3 本文研究方法和技术路线 (7)第二章排气系统振动性能研究基本理论 (9)2.1 排气系统简介 (9)2.1.1 排气系统基本组成 (9)2.1.2 排气系统振动源 (10)2.2 有限元分析方法 (11)2.3 模态分析基本理论 (12)2.3.1 数值模态分析 (12)2.3.2 试验模态分析 (13)2.4 频率响应分析理论 (16)2.5 挂钩位置优化理论 (19)2.6 本章小结 (20)第三章排气系统模态分析 (22)3.1 有限元前处理模型的建立 (22)3.1.1 排气管有限元模型 (22)3.1.2波纹管有限元模型 (23)3.1.3三元催化转化器有限元模型 (24)3.1.4 连接法兰有限元模型 (25)3.1.5 挂钩有限元模型 (25)3.1.6 消声器有限元模型 (26)3.2 橡胶吊耳有限元模型 (27)3.2.1 吊耳超弹性模型的建立 (27)3.2.2 吊耳静刚度仿真 (30)3.2.3 吊耳动刚度仿真 (31)3.3.4 吊耳有限元模型 (33)3.3 排气系统自由模态仿真与实验对比 (34)3.3.1 排气系统自由模态仿真 (34)3.3.2 排气系统自由模态试验 (34)3.3.3排气系统自由模态仿真与实验对比 (36)3.4 排气系统约束模态仿真与实验对比 (41)3.4.1 排气系统约束模态仿真 (41)3.4.2 排气系统约束模态试验 (41)3.4.3 排气系统约束模态仿真与实验对比 (42)3.5 本章小结 (47)第四章排气系统振动性能分析 (48)4.1排气系统静力学分析 (48)4.2 排气系统动力学分析 (49)4.3 排气系统隔振率分析 (50)4.3.1 排气系统挂钩动刚度分析 (50)4.3.2 排气系统吊耳隔振率分析 (52)4.4 排气系统运动干涉分析 (54)4.5本章小结 (56)第五章排气系统振动性能优化 (57)5.1 挂钩位置评估 (57)5.2 排气系统振动灵敏度分析 (58)5.2.1 灵敏度分析理论 (58)5.2.2 灵敏度分析的试验设计 (59)5.2.3 排气系统振动参数的灵敏度分析 (60)5.3 排气系统振动性能多目标优化 (64)5.3.1 多目标优化理论 (64)5.3.2 近似模型概述 (66)5.3.3 振动性能优化的试验设计 (67)5.3.4 振动性能优化的近似模型构建 (70)5.3.5 排气系统振动性能多目标优化 (73)5.3.6 多目标优化的Pareto最优解验证 (75)5.4排气系统优化方案分析验证 (77)5.4.1排气系统约束模态对比分析 (77)5.4.2 排气系统应力对比分析 (78)5.4.3 排气系统运动干涉对比分析 (79)5.4.4 吊耳隔振率对比分析 (80)5.5 本章小结 (82)全文总结与展望 (83)研究工作总结 (83)研究工作展望 (83)参考文献 (85)攻读硕士学位期间取得的研究成果 (91)致谢 (92)第一章结论第一章绪论1.1 研究背景及意义汽车是把双刃剑，在便利人们生活的同时，也带来了很多隐患。
排气系统改装的性能测试和仿真技术
排气系统改装的性能测试和仿真技术随着汽车技术的不断进步，汽车车主对汽车性能的要求越来越高。
其中，排气系统是整个汽车性能中比较重要的一个方面。
而排气系统改装则是汽车性能改善的一种有效方式。
然而，如何评估排气系统改装后的性能变化成为了一个重要问题。
本文将从排气系统改装的性能测试和仿真技术入手，给读者介绍相关知识。
第一部分：排气系统改装的性能测试目前，排气系统改装的性能测试主要包括以下几个方面：1. 声音测试排气系统改装会改变汽车发动机的声音，一般而言，排气系统改装后的声音会变得更加响亮、沉稳，给人一种更加有力的感觉。
为了能够更好地评估排气系统改装后的声音变化，可以在测试车辆的停车状况下，通过声音分贝仪等工具进行测试。
2. 内阻测试排气系统改装会对汽车排气管的内阻产生影响，而这种内阻的变化则会直接影响到汽车的动力性能。
因此，内阻测试是排气系统改装性能测试的重要环节。
内阻测试可以通过改装前后汽车在定速行驶或者疲劳试验的过程中，通过仪器测量车辆参量（转速、功率、扭矩等）进行比较得出。
3. 排气量测试排气系统改装后，排气量的变化也是发生了明显的变化。
为了便于对排气量进行测试，可以在测试过程中引入流量计或者尺子对排气量进行测量。
排气量测试的结果可以通过车辆的运行状况以及燃烧效率进行评估。
第二部分：排气系统改装的仿真技术排气系统改装的仿真技术是一种比较新的技术，它能够在改装之前通过测试及模拟获得工程师所需的数据，以便更精确地设计排气系统。
排气系统改装的仿真技术主要利用CFD软件进行模拟，根据不同的模拟结果设计适合的排气系统。
1. Computational Fluid Dynamics(CFD)CFD技术是一种利用计算机模拟流体力学仿真的技术。
通过CFD技术对排气系统的燃气流场分析，可以预测排气系统改装后的排气效率和排气声音的变化，以及燃料与气体的混合效果等。
CFD技术能够提供排气管内燃气流场、排气管壁面温度和压力分布的详细信息，也可以预测改装排气系统后的燃烧效率，从而在较小的时间内设计出最佳的排气系统。
某型汽车排气系统的振动响应分析及验证
机械设计与制造工程 Machine Design and Manufacturing Engineering
Sep． 2019 Vol． 48 No． 9
DOI： 10． 3969 / j． issn． 2095 － 509X． 2019． 09． 017
图 2 排气系统的有限元模型
添加模型材料属性（ 见表 1） ，加载符合实际情况 的边界约束———在发动机及吊耳处施加刚性约束。
某型汽车排气系统的振动响应分析及验证
孙 颖，娄玉印，周胜飞，张 莹
（ 广西科技大学鹿山学院机械工程系，广西 柳州 545616）
摘要： 为了研究排气系统对汽车车身的振动响应规律，对其进行了振动响应分析。首先对排气系 统进行约束模态分析，并通过路面试验获得了发动机振动的实际参数； 然后利用模态叠加法对排 气系统结构进行动力响应计算，得到了排气系统的振动响应规律，并以此判断该排气系统是否符 合设计标准； 最后将实测得到的加速度数据与仿真数据进行对比，验证了该仿真方法的可靠性。 该分析方法可以作为同类型排气系统结构设计的依据。 关键词： 振动响应； 排气系统； 模态分析； 谐响应分析； 隔振率 中图分类号： U464． 134 + 4 文献标识码： A 文章编号： 2095 － 509X（ 2019） 09 － 0074 － 05
f
=
n 60
×2
（ 5）
式中： n 为发动机转速，r / min。 发动机的转速范围为 600 ～ 6 000 r / min［2］，代
入式（ 5） 求得排气系统各阶的激励频率，见表 2，部
分振型如图 3 所示。
表 2 排气系统约束模态各阶频率
阶数 1 2 3 4 5 6 7 8
某乘用车排气系统振动性能分析与优化
计 。优 化 结果 显 示 ， 吊耳传递 力及其 标准 差分 别 下降 ３ ４ ． ４ ８ ％和４ ５ ． ６ ０ ％， 排 气 系统 隔振 性 能有较
大 幅度 的提 高 ． 验证 了该优 化方 案 的可行 性 。
摘要 ： 以某乘用车排 气系统为研究对象， 首先建立排 气系统有 限元模型并验证模 型有效性。其次
评 估排 气 系统疲 劳耐 久 性 与振 动性 能 。静 力 学 分析 结 果 表 明 ， 吊耳静 变形 和 预 载 力 分 别 小 于 ５ ｍ ｍ和 ５ ５ Ｎ， 满足 企业要 求 ， 说 明 吊耳 疲 劳耐 久 性 较 好 ； 动 力 学 分析 结 果表 明 ， 吊耳 传 递 力 超 过 １ ０ Ｎ且 均 匀性 较差 ， 说 明排 气 系统振 动 性 能不 满足 企 业标 准 ， 影 响 整 车舒 适 性 ， 因此 有 必要 对排
２ 排气 系统振动性能分析
２ ． １ 排 气 系统静 力 学分析
将 排气 系统 各挂 钩和 吊耳 进行 编号 ， 如 图 ２所
示。
将０～ ２ ０ ０ Ｈｚ 以 内 的 自由模 态 仿 真 与 实 验 对 比 ， 结
收 稿 日期 ： ２ ０ １ ７—０ ８—０ １
作者简介 ： 李岩 （ １ ９ ９ ４ 一） ， 女， 河南漯河人 ， 华南理工大学硕士研究生 ， 主要研究方向为车辆动力学性能分析 。
统具 有 较好 的疲 劳 耐久 性 。 ２ ． ２ 排 气 系统 动 力学分 析 （ Ａ Ｄ Ｄ Ｏ Ｆ Ｄ） 来 布 置 挂 钩 悬挂 点 。但 在 实 际 设 计 中
汽车排气系统的流场分析与优化
汽车排气系统的流场分析与优化汽车排气系统是汽车内部的重要组成部分，其主要作用是将引擎燃烧产生的废气排出车外，同时通过减少噪音和减少尾气排放来提高汽车的性能和环保性。
为了让汽车排气系统达到最优的效果，需要对其流场进行分析和优化。
本文将探讨汽车排气系统的流场分析和优化方法及其重要性。
汽车排气系统的流场分析主要是通过数值模拟和实验分析两种方式进行。
数值模拟是通过数学公式和计算机程序来模拟气体在系统内的流动情况，从而评估不同设计方案的效果。
实验分析则需要建立实验测试系统，通过实际测量排气系统内的流量、温度、压力以及噪音等参数来评估系统效能。
流场优化的目标是优化汽车排气系统的流道结构，减少排气的阻力和噪声，提高排放性能，从而提高汽车的性能和环保性。
常见的优化技术包括改良排气管、增加消声器、加装优化的尾气处理装置等。
其中，改良排气管可以通过优化管径和长度、增加折弯和膨胀等手段来改善流动状态，减少压力损失和流动噪音。
扩大消声器的面积和优化排气管进出口位置，可以减轻排气噪音。
对于汽车制造企业来说，汽车排气系统的流场分析和优化无疑意味着大量的研发成本和维护成本。
但是，从长远来看，积极探索更优化的汽车排气系统，不仅能提升企业产品的技术含量和市场竞争力，还能进一步提高汽车产品的环保标准和行业质量监管标准，满足消费者的需求。
总之，汽车排气系统的流场分析和优化是汽车制造企业进行产品研发的重要一环。
正确认识其优化的重要性和方法，可以提升汽车性能和环保性水平，不仅符合社会的环保需求，也能为企业带来持续的盈利和发展。
汽车排气系统的流场分析和优化，不仅可以提高汽车的性能和环保性，同时还能降低车主维护成本，增加行车舒适度。
因此，在汽车制造业竞争日趋激烈的今天，汽车排气系统的优化已经成为掌握核心技术的重要环节。
在汽车排气系统的流场分析和优化中，数值模拟技术是起着关键性作用的。
数值模拟是通过计算机程序对排气系统内气体流动状态进行模拟计算，从而得出流场分布和物理参数，提供了更加精确的数值和可靠的依据。
汽车排气系统振动分析及优化
0引言汽车排气系统由预催化器总成、主催化器总成、前消声器总成、后消声器总成、橡胶吊块、密封垫等组成，排气系统按照温度从高到低分为热端和冷端，热端包括预催和主催等，冷端包括前消和后消等。
排气系统的作用为引导发动机废气顺畅的排出车外，降低排气污染物CO、THC、NOx、NMHC、PN、PM等的含量，降低发动机的振动与排气噪声。
排气系统的一端通过预催与发动机相连，另一端则通过橡胶吊块与车身（车架）相连，排气系统的振动传递，如图1所示。
动力总成的振动传递给排气系统，再通过排气吊钩及橡胶吊块传递给车身。
车身的振动再通过车身地板、转向方向盘、座椅等直接传给车内的乘客。
1排气系统的主要振动源汽车排气系统的振动源主要有四个：发动机的结构振动（发动机振动传递到排气管产生结构噪声）、气流冲击振动（发动机排气波动产生气流、脉动噪声）、声波激励的振动（辐射噪声，主要为消声器筒体和管路振动产生）和车身的振动，如图2所示。
2排气系统的振动分析汽车排气系统振动分析的三项主要任务：第一，模态分析：第一阶弯曲模态、第一阶扭转模态、模态密度、热端模态。
第二，动力响应分析：吊钩的力、橡胶吊块刚度、波纹管刚度。
第三，传递通道的灵敏度分析（与车身有关）。
振动噪声的控制方法有以下三个方面：第一，消除振动噪声产生的根源，改进发动机的平衡，减少相对运动件摩擦。
第二，切断振动噪声的传递路径，加入质量阻尼减振器共振腔消声器等。
改善振动特性，控制排气系统吊钩的布置位置，避免共振。
排气系统管路布置设计时，一般排气系统应尽量设计成一根直管，避免设计过多的弯管。
排气系统布置成一根直管，这样会产生少的振动模态，气流在排气管中好控制，流动通畅，功率损失小，背压小，并且存在重量轻，成本低的优势。
弯曲的排气系统布置，其振动模态多，不好控制，背压很高，系统的功率损失大，结构重量大，成本高。
影响排气系统模态的主要因素有：排气系统中管路的走向（笔直布置或弯曲布置）、波纹管的刚度、吊钩的数量和位置以及橡胶吊块的刚度等。
某车型排气系统振动特性分析及优化设计
某车型排气系统振动特性分析及优化设计王宇翔;陆静;王林龙;王青【摘要】The vibration isolation performance of a vehicle was poor in the NVH performance test. After test and analysis, it was determined that the reason was that the transmission forces of the exhaust system hook were too large. In order to improve the vibration isolation performance of this model, its finite element model was established, and vibration charac-teristic was also analyzed in this paper. Then the stiffness of the 5 rubber lifting lugs were selected as the design optimization variable, and the transmission force of 5 lifting lugs was taken as the optimization objective, an approximate optimization model of the response surface of z-direction stiffness of rubber lifting lug and the peak of transmission force was established automatically by integrating various finite element software on the ISIGHT platform. LSGRG algorithm was used to find the optimal solution of the approximate model, which has achieved the goal of optimizing the stiffness of lifting lug.%某车型在NVH性能测试中的隔振性能较差,经测试分析后确定其原因为排气系统吊钩的传递力过大.为了改善该车型的隔振性能,文章建立了排气系统的有限元模型并分析其振动振动特性.然后,选取5个橡胶吊耳的刚度作为设计优化变量,以5个吊钩的传递力为优化目标,通过ISIGHT平台集成多种有限元软件自动建立了橡胶吊耳Z向刚度与传递力峰值的响应面近似优化模型,采用LSGRG算法求出近似模型的最优解,达到了对吊耳刚度优化的目的.【期刊名称】《汽车实用技术》【年(卷),期】2019(000)005【总页数】4页(P103-106)【关键词】排气系统;吊耳;刚度;ISIGHT【作者】王宇翔;陆静;王林龙;王青【作者单位】广西科技大学汽车与交通学院,广西汽车零部件与车辆技术重点实验室,广西柳州 545006;广西科技大学汽车与交通学院,广西汽车零部件与车辆技术重点实验室,广西柳州 545006;广西科技大学汽车与交通学院,广西汽车零部件与车辆技术重点实验室,广西柳州 545006;广西科技大学汽车与交通学院,广西汽车零部件与车辆技术重点实验室,广西柳州 545006【正文语种】中文【中图分类】U464.134排气系统悬置的吊钩处在振动传递的重要位置，一端与排气主体相连，另一端与车身地板相连，发动机传递到排气系统的振动会通过排气吊钩传递至车身，引起车体的振动和车内噪声，从而影响驾驶人员和乘客的舒适性。
某轿车排气系统模态分析及动态特性评价
收稿日期：２０１７－１１－０１作者简介：顾灿松，博士研究生，高级工程师，研究方向为汽车振动噪声测试㊂Ｅ⁃ｍａｉｌ：ｇｕｃａｎｓｏｎｇ＠１６３ ｃｏｍ㊂ＤＯＩ：１０ １９４６６／ｊ ｃｎｋｉ １６７４－１９８６ ２０１８ ０３ ０１２某轿车排气系统模态分析及动态特性评价顾灿松，董俊红，陈智伟（中国汽车技术研究中心，天津３００３００）摘要：为评价某轿车排气系统的动态特性，根据排气系统实物建立其三维实体模型，利用有限元分析软件对它进行约束模态分析，得到其前５阶模态参数，发现前两阶模态能很好地避开发动机激励，但是后３阶模态固有频率对应的发动机转速为常用发动机转速，容易产生共振㊂关键词：排气系统；模态分析；振动；固有频率中图分类号：ＴＨ１１３ １㊀文献标志码：Ａ㊀文章编号：１６７４－１９８６（２０１８）０３－０５２－０３ＭｏｄａｌＡｎａｌｙｓｉｓａｎｄＤｙｎａｍｉｃＣｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓＥｖａｌｕａｔｉｏｎｆｏｒａＶｅｈｉｃｌｅＥｘｈａｕｓｔＳｙｓｔｅｍＧＵＣａｎｓｏｎｇ，ＤＯＮＧＪｕｎｈｏｎｇ，ＣＨＥＮＺｈｉｗｅｉ（ＣｈｉｎａＡｕｔｏｍｏｔｉｖｅＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ＆ＲｅｓｅａｒｃｈＣｅｎｔｅｒ，Ｔｉａｎｊｉｎ３００３００，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎｏｒｄｅｒｔｏｅｖａｌｕａｔｅｔｈｅｄｙｎａｍｉｃｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆａｃａｒｅｘｈａｕｓｔｓｙｓｔｅｍ，ａｔｈｒｅｅ⁃ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌｓｏｌｉｄｍｏｄｅｌｗａｓｂｕｉｌｔａｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏｔｈｅｒｅａｌｅｘｈａｕｓｔｓｙｓｔｅｍ．Ｔｈｅｆｉｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔａｎａｌｙｓｉｓｓｏｆｔｗａｒｅｗａｓｕｓｅｄｔｏａｎａｌｙｚｅｔｈｅｃｏｎｓｔｒａｉｎｅｄｍｏｄａｌ．Ｔｈｅｍｏｄａｌｐａｒａｍｅｔｅｒｓｏｆｔｈｅｆｉｒｓｔｆｉｖｅｏｒｄｅｒｓｗｅｒｅｏｂｔａｉｎｅｄ．Ｉｔｉｓｆｏｕｎｄｔｈａｔｔｈｅｆｉｒｓｔｔｗｏｏｒｄｅｒｍｏｄｅｓｃａｎｗｅｌｌａｖｏｉｄｔｈｅｅｎｇｉｎｅｅｘｃｉｔａｔｉｏｎ；ｈｏｗｅｖｅｒ，ｔｈｅｌａｔｔｅｒｔｈｒｅｅｍｏｄａｌｎａｔｕｒａｌｆｒｅｑｕｅｎｃｉｅｓｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｔｏｃｏｍｍｏｎｅｎｇｉｎｅｓｐｅｅｄ，ｒｅｓｏｎａｎｃｅｗｉｌｌｂｅｈａｐｐｅｎｅｄ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ＥｘｈａｕｓｔＳｙｓｔｅｍ；Ｍｏｄａｌａｎａｌｙｓｉｓ；Ｖｉｂｒａｔｉｏｎ；Ｎａｔｕｒａｌｆｒｅｑｕｅｎｃｙ０㊀引言汽车排气系统具有排除发动机燃烧产生的废气以及减少排气噪声的作用㊂汽车排气系统所受的激励主要为发动机运行激励以及路面不平度激励㊂在设计排气系统时不仅需要进行静态受力的分析和计算，还要进行动态特性分析和评价㊂越来越多的研究人员对汽车排气系统进行了动态特性分析和评价㊂２０１２年卞信涛利用Ａｌｔａｉｒ／ＨｙｐｅｒＭｅｓｈ软件建立了某排气系统的有限元模型，分析了吊耳位置对该排气系统动态特性的影响［１］㊂陆宏伟等利用有限元分析软件分析了某柴油机汽车排气系统的动态特性，找出了其动态特性设计中的薄弱环节［２］㊂２０１３年黄华等人利用ＧＴ⁃Ｐｏｗｅｒ软件建立了某轿车排气系统的有限元模型，针对排气的气流特性研究其动态特性［３］㊂２０１４年朱峰等人利用ＨｙｐｅｒＭｅｓｈ和Ｗｏｒｋｂｅｎｃｈ软件计算得到了某轿车排气系统的固有频率和振型，为排气系统的动态特性设计提供了依据［４］㊂雷刚等人利用实验和计算相结合的方法分析了某轿车排气系统的各阶模态，优化了该排气系统的吊耳位置［５］㊂刘志恩等分析了某轿车排气系统在冷热情况下的模态，研究了螺栓预紧力等对其模态参数的影响［６］㊂２０１５年，唐庆伟等从能量耦合的角度对汽车排气系统进行了模态分析，得到了固有频率和耦合能量的分布图，为排气系统动态特性设计提供了参考［７］㊂２０１６年，慈龙尚等在考虑动态特性的情况下对某重型卡车的排气系统进行了分析和设计［８］㊂战申等人利用计算和分析相结合的方法进行了某轿车排气系统的动态特性优化［９］㊂作者针对某轿车排气系统，利用三维建模软件建立了实体模型，并利用有限元分析软件分析了其前５阶约束模态，根据计算所得的模态参数对该排气系统进行了动态特性评价㊂１㊀排气系统模型的建立所研究的排气系统实物如图１所示㊂该排气系统主要有两级消声器，主消声器和副消声器，其内部有管片交错的消音装置㊂另外有起到连接作用的１㊁２㊁３号管，和三元催化转化器出口相连的连接法兰，连接副消声器和２号管的连接件，补偿排气系统相对跳动的波纹管㊂排气系统在汽车上装配时连接法兰和三元催化转化器相连接为固定约束，２号管图示位置通过吊耳和弹性元件连接为弹性约束，副消声器和３号管图示位置通过吊耳和弹性元件连接为弹性约束㊂排气系统结构较为复杂，如果直接用有限元软件进行建模较为困难且容易导致建立的模型不够准确㊂作者利用三维建模软件ＣＡＴＩＡ进行建模㊂因排气系统主消声器㊁副消声器的翻边工艺对动态特性分析影响较小，在建模时将其忽略，在建模时采用单个零部件单独建模后进行装配的方式进行㊂所建立的排气系统实体模型如图２所示㊂图１㊀排气系统实物及约束情况图２㊀排气系统实体模型２ 排气系统模态分析及评价２ １㊀排气系统模态分析将用ＣＡＴＩＡ软件建立的排气系统实体模型保存为ｓｔｐ格式后导入ＡＮＳＹＳ有限元分析软件，采用ＡＮＳＹＳ软件的窗口界面模式Ｗｏｒｋｂｅｎｃｈ中的模态分析模块㊂将几何模型导入后需要先对其进行网格划分，文中采用自动划分网格的方式进行划分㊂网格划分一共得到５００３４个节点㊁３２３３４个单元㊂划分网格后需要设置计算所需要的物理参数㊂所研究的排气管结构物理参数如表１所示㊂按照排气系统在汽车上的装配关系设置固定约束和弹性约束如图１所示㊂表１㊀排气材料物理参数弹性模量／ＧＰａ２１０密度／（ｋｇ㊃ｍ－３）７８００泊松比０ ３设置计算的固有频率最大值为８０Ｈｚ，在频率范围８０Ｈｚ以内一共可得到５阶模态，前５阶模态的各阶固有频率值如表２所示，各阶振型图如图３ ７所示㊂表２㊀各阶固有频率模态阶数固有频率值／Ｈｚ１１４ ５６２１７ ６７３２５ ２６４５０ ４０５６８ ９８图３为该排气系统的第１阶模态振型，可以看出：此时排气系统１号管㊁主消声器基本不变形，副消声器和２号管绕Ｚ轴摆动㊂图３㊀第１阶模态振型图４为计算所得排气系统第２阶模态振型，此时主消声器以及３号管㊁波纹管位置变化均不明显，副消声器和２号管变形较大，此阶模态主要为副消声器和２号管沿着Ｙ轴的摆动㊂图４㊀第２阶模态振型图５为计算所得排气系统第３阶模态振型㊂可以看出：此时主消声器以及３号管变化不明显，１号管和２号管变动较大，此时整体看为整个消声器沿着Ｘ轴的扭转运动㊂图５㊀第３阶模态振型图６为计算所得排气系统第４阶模态振型㊂可以看出：此时副消声器变化不明显，整体模态振型为２号管沿着Ｚ轴的一阶弯曲运动，１号管和波纹管有绕Ｘ轴转动的趋势㊂图６㊀第４阶模态振型图７为计算所得排气系统第５阶模态振型㊂可以看出：此时主消声器和副消声器变化均不明显，１号管有一阶弯曲的趋势，２号管有沿Ｙ轴上下摆动的趋势㊂图７㊀第５阶模态振型２ ２㊀排气系统动态特性评价文中所研究的排气系统为直接四缸四冲程发动机㊂该发动机的激励频率可用下式表示：ｆ＝ｉｎ３０τ（１）其中：ｉ为汽缸数；τ为冲程数；ｆ为发动机的激励频率㊂根据此公式可计算各共振频率下发动机转速如表３所示㊂表３㊀固有频率对应的发动机转速阶数固有频率值／Ｈｚ发动机转速／（ｒ㊃ｍｉｎ－１）１１４．５６４３６．８２１７．６７５３０．１３２５．２６８４７．８４５０．４０１５１２５６８．９８２０６９．４因该车型发动机的怠速转速为８００ｒ／ｍｉｎ，和该排气系统的前两阶模态固有频率相差较远，不会发生共振，但是第３㊁４㊁５阶模态固有频率对应的发动机转速和该发动机怠速转速以及常用转速相近，所以有可能发生共振现象，可通过改变排气系统结构或者改善悬置点的位置进行优化㊂３㊀总结利用ＣＡＴＩＡ软件建立了某轿车排气系统三维模型，结合排气系统和车辆装配关系以及排气系统的材料属性，利用ＡＮＳＹＳＷｏｒｋｂｅｎｃｈ对该排气系统进行了约束模态分析，得到了该排气系统前５阶模态，并且根据测试的参数对排气系统进行了动态特性评价㊂参考文献：［１］卞信涛．排气系统模态及振动响应分析［Ｊ］．机电技术，２０１２，３５（１）：１１０－１１２．［２］陆宏伟，季振林，孟瑞雪．柴油机排气系统振动特性数值仿真与分析［Ｊ］．噪声与振动控制，２０１２，３２（３）：４１－４４．ＬＵＨＷ，ＪＩＺＬ，ＭＥＮＧＲＸ．ＮｕｍｅｒｉｃａｌＳｉｍｕｌａｔｉｏｎａｎｄＡｎａｌｙｓｉｓｏｆＶｉｂｒａｔｉｏｎＣｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｆｏｒＤｉｅｓｅｌＥｎｇｉｎｅＥｘｈａｕｓｔＳｙｓｔｅｍ［Ｊ］．ＮｏｉｓｅａｎｄＶｉｂｒａｔｉｏｎＣｏｎｔｒｏｌ，２０１２，３２（３）：４１－４４．［３］黄华，倪计民，沈振华．基于流动过程的车用排气系统优化与评价［Ｊ］．汽车工程学报，２０１３，３（２）：１１９－１２４．ＨＵＡＮＧＨ，ＮＩＪＭ，ＳＨＥＮＺＨ．ＯｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎａｎｄＥｖａｌｕａｔｉｏｎｏｎＥｘｈａｕｓｔＳｙｓｔｅｍＢａｓｅｄｏｎＦｌｏｗＰｒｏｃｅｓｓ［Ｊ］．ＣｈｉｎｅｓｅＪｏｕｒｎａｌｏｆＡｕｔｏｍｏｔｉｖｅＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，２０１３，３（２）：１１９－１２４．［４］朱峰，李书晓．基于Ｈｙｐｅｒｍｅｓｈ和Ｗｏｒｋｂｅｎｃｈ的排气系统模态分析［Ｊ］．机械工程与自动化，２０１４（１）：６２－６４．ＺＨＵＦ，ＬＩＳＸ．ＭｏｄａｌＡｎａｌｙｓｉｓｏｆＶｅｈｉｃｌｅＥｘｈａｕｓｔＳｙｓｔｅｍｂｙＨｙｐｅｒｍｅｓｈａｎｄＷｏｒｋｂｅｎｃｈ［Ｊ］．ＭｅｃｈａｎｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ＆Ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ，２０１４（１）：６２－６４．［５］雷刚，胡鹏，刘圣坤．汽车排气系统模态分析及挂钩位置优化［Ｊ］．内燃机工程，２０１４，３５（２）：１０２－１０６．ＬＥＩＧ，ＨＵＰ，ＬＩＵＳＫ．ＭｏｄａｌＡｎａｌｙｓｉｓａｎｄＨｏｏｋＬｏｃａｔｉｏｎＯｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｏｆＰａｓｓｅｎｇｅｒＣａｒＥｘｈａｕｓｔＳｙｓｔｅｍ［Ｊ］．ＣｈｉｎｅｓｅＩｎｔｅｒｎａｌＣｏｍｂｕｓｔｉｏｎＥｎｇｉｎｅＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，２０１４，３５（２）：１０２－１０６．［６］刘志恩，胡雅倩，颜伏伍，等．发动机排气歧管热模态分析及试验研究［Ｊ］．汽车工程，２０１５（３）：３５９－３６５．ＬＩＵＺＥ，ＨＵＹＱ，ＹＡＮＦＷ，ｅｔａｌ．ＴｈｅｒｍａｌＭｏｄａｌＡｎａｌｙｓｉｓａｎｄＭｏｄａｌＴｅｓｔｓｏｆＥｎｇｉｎｅＥｘｈａｕｓｔＭａｎｉｆｏｌｄ［Ｊ］．ＡｕｔｏｍｏｔｉｖｅＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，２０１５（３）：３５９－３６５．［７］唐庆伟，高文杰，郭志强，等．汽车排气系统模态与能量耦合分析［Ｊ］．农业装备与车辆工程，２０１５，５３（４）：１１－１３．ＴＡＮＧＱＷ，ＧＡＯＷＪ，ＧＵＯＺＱ，ｅｔａｌ．ＡｎａｌｙｓｉｓｏｆＡｕｔｏｍｏｂｉｌｅＥｘｈａｕｓｔＳｙｓｔｅｍＭｏｄａｌａｎｄＥｎｅｒｇｙＣｏｕｐｌｉｎｇ［Ｊ］．ＡｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌＥｑｕｉｐｍｅｎｔ＆ＶｅｈｉｃｌｅＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，２０１５，５３（４）：１１－１３．［８］慈龙尚，陈刚，张辉．某款８ˑ４重卡载货车排气系统的设计与分析［Ｊ］．汽车零部件，２０１６（１０）：３２－３６．ＣＩＬＳ，ＣＨＥＮＧ，ＺＨＡＮＧＨ．ＤｅｓｉｇｎａｎｄＡｎａｌｙｓｉｓｏｆａ８ˑ４ＨｅａｖｙＴｒｕｃｋＥｘｈａｕｓｔＳｙｓｔｅｍ［Ｊ］．ＡｕｔｏｍｏｂｉｌｅＰａｒｔｓ，２０１６（１０）：３２－３６．［９］战申，宋晓琳，杨迪新，等．汽车排气系统振动分析与优化［Ｊ］．机械设计，２０１６（１）：１６－２０．ＺＨＡＮＳ，ＳＯＮＧＸＬ，ＹＡＮＧＤＸ，ｅｔａｌ．ＡｎａｌｙｓｉｓａｎｄＯｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｏｆＡｕｔｏｍｏｔｉｖｅＥｘｈａｕｓｔＳｙｓｔｅｍＶｉｂｒａｔｉｏｎ［Ｊ］．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＭａｃｈｉｎｅＤｅｓｉｇｎ，２０１６（１）：１６－２０．。
机动车辆排气管的流动特性模拟与优化
机动车辆排气管的流动特性模拟与优化随着汽车产业的快速发展，机动车辆的排放问题日益突显，尤其是排气管方面。
机动车辆的排气管不仅仅是起到连接发动机和尾气排放口的作用，还承担着排放气体的导流、减少噪音、提升发动机性能等重要功能。
因此，对机动车辆排气管的流动特性进行模拟与优化是非常必要的。
一、机动车辆排气管的流动特性模拟1. 流场模拟方法机动车辆排气管的流动特性模拟可以采用数值模拟方法，主要有CFD （Computational Fluid Dynamics，计算流体力学）方法和有限元方法。
CFD方法可以准确模拟气体在排气管中的流动行为，通过求解连续性方程、动量方程和能量方程，得到压力、速度、温度等参数分布情况。
有限元方法则结合了流体力学方程和结构力学方程，可以更精确地获得气流与排气管壁面的相互作用。
2. 模型建立与边界条件为了准确模拟机动车辆排气管的流动特性，需要建立合适的排气管模型，并设置边界条件。
排气管模型的建立可以通过三维CAD软件进行建模，将排气管的几何形状、长度和截面尺寸等信息导入模型中。
边界条件的设置包括流量入口速度、出口静压或迎风速度、管壁温度、管壁材料等。
3. 流动特性分析与结果评估在模拟过程中，可以通过对流量、速度、温度、压力等流动特性参数的分析和评估来了解机动车辆排气管的流动行为。
可以在不同工况下进行模拟，比如不同转速、不同油门开度等。
通过对模拟结果的对比和评估，可以了解排气管流动特性的规律，并找出问题和改进空间。
二、机动车辆排气管的流动特性优化1. 减少排气阻力排气阻力是机动车辆排气管流动特性的重要指标之一。
在模拟和优化过程中，可以采取一些措施来减少排气阻力，提高排气效率。
比如在排气管内部增设适当的扩张段或收缩段，以减小流动的阻力，改善排气流动性能。
2. 降低噪音机动车辆排气管的噪音问题也备受关注。
在模拟和优化中，可以通过合理设计排气管的内部结构，如增设消声器或利用消声材料来降低噪音。
某轿车排气系统振动特性仿真及优化
某轿车排气系统振动特性仿真及优化
徐献阳;李松波;张建武
【期刊名称】《机械》
【年(卷),期】2008(035)003
【摘要】基于一维的BEAM单元对排气系统进行了有限元建模,并将有限元模态分析结果和实验模态分析结果进行对比,结果显示,一维的排气系统数值模型可以准确描述真实系统的动力学特性.在此基础上,运用优化设计方法对排气系统的吊挂点位置进行了精细化优化设计,以达到通过调节排气系统固有频率而提高车辆NVH性能的目的.
【总页数】3页(P13-14,26)
【作者】徐献阳;李松波;张建武
【作者单位】上海交通大学,机械与动力工程学院,汽车工程研究院,上海,200000;上海交通大学,机械与动力工程学院,汽车工程研究院,上海,200000;上海交通大学,机械与动力工程学院,汽车工程研究院,上海,200000
【正文语种】中文
【中图分类】TB535.1
【相关文献】
1.客车排气系统振动特性分析及悬挂位置优化 [J], 詹斌;马龙山;李振
2.柴油机排气系统振动特性数值仿真与分析 [J], 陆宏伟;季振林;孟瑞雪
3.排气系统的优化设计与振动特性分析 [J], 潘公宇;曹丹青;陈玉瑶
4.某轿车排气系统流场测试、仿真及优化 [J], 戴海燕;李长玉
5.某车型排气系统振动特性分析及优化设计 [J], 王宇翔;陆静;王林龙;王青
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轿车排气系统振动特性仿真及优化研究
轿车排气系统振动特性仿真及优化研究发布时间：2023-02-23T01:33:48.396Z 来源：《中国电业与能源》2022年19期作者：乔锋华王伟白秋丽[导读] 作为现代轿车结构中的重要组成部分，排气系统能够净化尾气并降低噪音，乔锋华王伟白秋丽浙江达峰汽车技术有限公司 313100摘要：作为现代轿车结构中的重要组成部分，排气系统能够净化尾气并降低噪音，其运行状态将会对车辆的振动、噪声以及尾气净化等性能标准产生影响。
因此为了分析轿车排气系统的振动特性，建立了有限元仿真模型，实施自由数值模态分析，并对模型精度结果进行验证。
存在着静载荷分布不均的问题，且橡胶吊耳在对动态力进行传递时不够均匀。
基于此，提出了排气系统振动性能优化设计方法，最终促使轿车排气系统实现了良好的性能表现。
关键词：排气系统；振动特性；性能优化引言：轿车在NVH问题与排气系统振动特性有较大关，因此控制排气系统振动则成为了轿车研发中最为重要的内容之一。
排气系统通过挂钩向车辆底盘传递能量，再借助于滑轨向乘客所乘坐的座椅进行传递，对座椅舒适度产生影响，并且在排气系统上会受到路面激励与车架激励的反馈，对内燃机同样会产生影响，造成振动。
因此，优化排气系统振动性能，则能够全面提高汽车NVH性能，促使轿车呈现出更加良好的应用表现。
1 排气系统有限元仿真模型在一般的轿车结构中，排气系统包括了排气管、前后消声器以及三元催化器结构。
轿车排气系统的总重量大约控制在22kg以内，国内现阶段的汽车零部件制造商对排气系统进行设计时的长宽高分别设定为4195.4mm、667.6mm、296.9mm。
根据笔者以往在吉利汽车以及华晨汽车等企业中，为其生产制造的配套车型尾气净化器产品的工作经验对轿车排气系统进行研究，根据CAD软件为汽车排气系统绘制了三维模型，如图1所示。
作为典型的微分方程求解计算方式，有限元仿真分析法具有广泛应用范围，基于其成熟的理论，具有明确物理含义。
机动车辆排气管的流体动力学仿真模拟与优化
机动车辆排气管的流体动力学仿真模拟与优化引言机动车辆的排气管是发动机系统中重要的组成部分之一，它不仅能排放废气，还能影响发动机的性能和燃烧效率。
为了满足环保要求和提高车辆性能，对排气管的流体动力学进行仿真模拟与优化是非常重要的。
本文将深入研究机动车辆排气管的流体动力学，探讨其仿真模拟与优化方法，并结合相关案例进行分析和讨论。
第一节：机动车辆排气管的流体动力学基础1.1 排气管的作用和结构排气管在机动车辆中的作用是将废气从发动机排出，并通过减震器、催化转化器和消声器等装置进行处理。
排气管的结构一般由多个弯头、直管段和尾段组成。
1.2 流体动力学基础知识流体动力学是研究流体在力的作用下的运动规律和性质的学科。
在排气管中，废气的流动受到多种因素的影响，如压力、温度、速度、密度等。
第二节：机动车辆排气管的流体动力学仿真模拟方法2.1 流体动力学仿真软件介绍流体动力学仿真软件可以模拟和预测流体在特定场景中的运动和行为，为流体动力学研究提供了强有力的工具。
目前常用的流体仿真软件有ANSYS Fluent、OpenFOAM等。
2.2 排气管流体动力学仿真建模步骤排气管流体动力学仿真建模的步骤包括几何建模、网格划分、物理模型设定和边界条件设定等。
几何建模需要根据实际排气管的结构进行建模，网格划分则是将排气管划分为多个小单元，物理模型设定包括流体类型、速度和压力等参数的设定，边界条件设定则是为仿真提供边界约束。
第三节：机动车辆排气管的流体动力学仿真优化方法3.1 优化目标的设定在进行排气管的流体动力学仿真优化之前，需要明确优化的目标，如减小排气阻力、提高气体流通效率等。
3.2 优化方法的选择优化方法主要分为传统的试错法和数值优化法。
传统的试错法包括设计改进和实验验证等，而数值优化法可以利用计算机模拟快速找到最优解。
常用的数值优化方法有遗传算法、粒子群算法等。
3.3 优化参数的选取优化参数是指在流体动力学仿真中可以调整的参数，如排气管的长度、弯角等。
某乘用车排气系统振动性能的优化
某乘用车排气系统振动性能的优化吴杰;蒋苗苗;罗玉涛【摘要】为改进某乘用车排气系统的振动性能,建立了其有限元模型,用Nastran 软件进行静力学和动力学计算、吊耳位置评估和排气系统的运动包络面计算.以最小化挂钩垂向动态载荷最大值与标准差和吊耳的静变形量与预载力标准差为目标,以吊耳隔振量不小于20dB为约束条件,以吊耳和波纹管动刚度为优化变量,建立了排气系统振动性能的多目标优化模型.优化结果表明,挂钩垂向动态载荷最大值与标准差和吊耳的静态变形量与预载力标准差都有明显降低,文中提出的优化方法对控制排气系统振动和提升结构疲劳耐久性有重要的参考价值.【期刊名称】《汽车工程》【年(卷),期】2015(037)012【总页数】6页(P1433-1437,1411)【关键词】乘用车;排气系统;动刚度;振动控制;优化【作者】吴杰;蒋苗苗;罗玉涛【作者单位】华南理工大学机械与汽车工程学院,广州510641;广东省汽车工程重点实验室,广州510641;华南理工大学机械与汽车工程学院,广州510641;华南理工大学机械与汽车工程学院,广州510641;广东省汽车工程重点实验室,广州510641【正文语种】中文排气系统包括从发动机排气歧管到排气尾管的各个部件。
发动机的振动传递给排气系统，再通过挂钩传给车身。
合理设计挂钩位置、橡胶吊耳和波纹管的刚度，不仅能增加吊耳的耐久性，更能有效衰减来自发动机激励和路面不平度引起的随机振动[1-5]。
关于排气系统振动性能优化方面的文献有很多[2-6]。
文献[2]中对某车排气系统挂钩位置作了设计和调整，调整后排气系统受力更加均匀，避开了发动机怠速激励频率，也减小了传到车身的动态反力。
文献[3]中对某乘用车吊耳动刚度进行了优化，使得吊耳传递的动态载荷显著降低。
文献[7]中通过敏感度分析得出了波纹管长度和刚度对排气系统固有频率分布有重要影响，并且低频固有频率对吊耳刚度更敏感。
本文中采用有限元方法对某新开发乘用车排气系统进行了静力学和动力学分析。
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万方数据
・１４・设计与研究扔旃２００８年第３期总第３５卷
１．２模态分析
无阻尼模态分析求解的基本方程为：
【Ｋ】｛ｏｌ】＝砰【Ｍ】｛中；）（１）式中：嗍为刚度矩阵；ｆ①，１为第ｉ阶模态振型向量；鳓为第ｆ阶模态的固有频率；嗍为质量矩阵。
采取ＢｌｏｃｋＬａｎｃｚｏｓ方法提取系统各阶模态值。
为了验证数值模态分析的准确性，对排气系统的自由模态实验，实验现场排气系统、支架及弹性绳组成的自由系统如图２所示。
图ｌ基于ＢＥＡＭｌ８８单元的排气系统有限元模型
图２排气系统模态试验
数值模态和实验模态对比选择了排气系统设计关注的频率段，即３—１３５Ｈｚ（发动机带负载最高转速所激励的频率），二种模态分析的结果比较如表１所示。
表１排气系统数值模态与试验模态结果对比
为了进一步说明排气系统模态实验和数值仿真结果的吻合程度，图３和图４分别给出了第１２阶及第１５阶的二者模态振型的比较。
通过表１数据以及图３及图４的结果分析和比较，基于一维的排气系统数值模型可以较准确的描述真实系统的动力学特性。
乜丑式ｂ一一一严
（ａ）仿真结果Ｌ、乡弋ｂ一一一
（ｂ）试睑结果
图３第１２阶自由模态振型
Ｌ上Ｎ∑ｓ．一夕—《￡
（ａ）仿真结果
Ｌ／Ｒ＆：：：一：芍：厂—一
（ｂ）试验结果
图４第１５阶自由模态振型
２系统振动特性优化
通过优化排气系统吊挂件的位置来实现系统固有频率的优化，即将排气系统的系统固有频率尽量远离汽车发动机怠速激发的频率（Ｚ批）以及发动机经济转速是激发的频率（＿ｆ乙），且两者权重相当。
优化目标函数：
‰＝Ｍａｘ（ｑＩｚ一缸Ｌ＋ｑｌ乃一，鲫ｌ曲）（２）其中：ｆ为排气系统最接近怠速激励频率的固有频率阶数；．『为排气系统最接近经济转速激励频率的固有频率阶数；口；为系统固有频率与发动机怠速激励频率差的权重；口，为系统固有频率与发动机经济转速激励频率差的权重。
发动机激励频率：．
，＝２×丽ｎ
式中：尼为发动机转速。
根据式（３），可得发动机怠速激励频为：
厶＝２６．６７Ｈｚ（ｎ＝８００ｒ／ｒａｉｎ）
发动机经济转速激励频率为：
，啪＝１１６．６７Ｈｚ（ｎ＝３５００ｒ／ｎｆｉｎ）
约束条件为：
１３８０＿＿．死。
≤１７２０ｍｍ
２２２０ｓ‰．，≤２４３０姗（见图５）
ｑ＝ｑ＝１
（３）
（下转第２６页） 万方数据
万方数据。