汽车排气系统运动包络面的计算
动力总成悬置系统运动包络及工况载荷计算方法
动力总成悬置系统运动包络及工况载荷计算方法吕兆平吴川永上汽通用五菱汽车股份有限公司技术中心【摘要】本文论述了动力总成位移控制设计的一般原理，以一微车动力总成悬置系统为研究对象，结合通用汽车公司全球标准的28种载荷工况，介绍了求解各悬置点反力以及发动机质心位移和转角的方法，该计算数据为悬置支架的强度校核以及发动机仓零件设计及布置提供了理论依据。
[关键词]动力总成悬置系统，运动包络，工况载荷The calculation method for the motion envelop and loadcase force of the powertrainmount systemLv Zhaoping Wu chuanyong(Technical Development Center,SAIC GM Wuling Automobile Co.,Ltd..,Liuzhou 545007 ) [Abstract]The general principle for the design of motion control for powertrain mounting system is presented。
Take a mini van powertrain mounting system as the object of study. with the 28 loadcase of the GM global standards. Introduces the method to solve the reaction force at the mounting points and the displacement and rotation of the COG of the powertrain.the calculated data provides a theoretical basis for the mounting bracket strength check and the parts of engine warehouse design and layout.[Keywords] powertrain mount system，motion envelop，Loadcase force前言[1]动力总成悬置系统的主要功能有两个，一是减振，二是限位。
排气量计算公式
排气量是衡量发动机的重要参数，也是许多车友在选购汽车时重要的参考因素之一。
那么，如何计算排气量呢？下面我们来介绍一下排气量的计算公式。
第一段：什么是排气量？
排气量，简称“排量”，指的是发动机里气缸容积的大小。
一般使用单位为毫升（mL），表示发动机在一个循环中能够排出的最大气体体积。
排气量越大，代表着发动机的运转效率越高，噪音也相对较大。
第二段：排气量的计算公式
排气量的计算公式为：
排量= π/4 × 算术平均径² ×缸数 ×行程
其中，π=3.1415926，算术平均径指气缸直径的平均值，单位为毫米，行程指活塞在进行垂直往复运动过程中上下行程的距离，单位为毫米，缸数指发动机的气缸数量。
第三段：举例说明
例如，一辆车的排量数据为：4缸，活塞直径65毫米，活塞行程75毫米，则该车的排量计算公式为：
排量= π/4 × 65² × 4 × 75
= 3216.3
因此，该车的排气量为3.2升。
第四段：排气量对车的性能的影响
排气量大的车通常拥有更强的动力和加速性能，但油耗也相对较高。
而排气量小的车则可以降低油耗，但动力和加速性能相应会降低。
因此，在选择车型时，应根据自己的用车需求及预算来决策。
第五段：总结
以上就是排气量计算公式的介绍和举例。
通过计算排气量可以帮助我们更好地了解车的性能和功率，从而做出更好的选择。
同时，科学的驾驶和节约能源也是每位车友应该秉持的准则。
汽车排气系统静力学计算及模态分析概要
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,零部件材料泊松比/MPakg・m。
3管道、消声器409L2.06xlos0.37700法兰.吊钩Q235 2.1×10s 0.37850橡胶吊耳橡胶EPDM7.80.478703排气系统的有限元仿真分析3.1有限元模型的静力学计算基于该排气系统在发动机和橡胶吊耳约束的条件下.其最大位移和最大应力以及橡胶吊耳的最大受力都有限值约束。
因此.对其进行了排气系统在重力载荷下的静力学分析。
将HyperMesh中建立好的有限元模型导入ANSYS中并进行重力载荷的加载.对其进行静力学分析。
图2、图3和图4分别为重力载荷下,排气系统的位移、应力和橡胶吊耳处的受力图。
由图中数据可知.该排气系统在重力载荷的条件下.其最大位移和最大应力分别为3.02唧和31.9MPa.各橡胶吊耳处的最大受力为31.487N.且受力相对均匀.因此.满足静力载荷下的设计要求。
3.2有限元模型的模态分析将加载约束条件的有限元模型导入ANSYS。
采取BIock Lanczos方法提取该排气系统的各阶次模态值.从而获得排气系统的约束模态,表2为该排气系统的各阶次频率值。
图5为该排气系统不同阶次下约束模态的振型。
从模态振型图来看,大多数表现为系统受约束的某种摆动。
图2重力载荷下排气系统位移图3重力载荷下排气系统应力图4重力载荷下排气系统橡胶吊耳处受力表2排气系统各阶次频率模态阶次l2345678频率,Hz 8.47511.78014.65818.41619.82927.19331.26636.661模态阶次910.1l 1213141516频率,Hz56.68161.74884.78993.619123.650136.350l“.890186.8002010年第1期.-——41..——排气系统的振动特性分析具有指导意义.与试验模态结合.可以很好地完成排气系统的振动性能分析。
发动机排气管尺寸计算公式
发动机排气管尺寸计算公式在汽车发动机排气系统中，排气管的尺寸对于发动机性能和排放有着非常重要的影响。
合理的排气管尺寸可以提高发动机的输出功率，降低排放，并且改善发动机的响应性能。
因此，计算合适的排气管尺寸是非常重要的。
本文将介绍发动机排气管尺寸的计算公式及其影响因素。
排气管尺寸的计算公式可以通过以下公式来进行计算：D = (0.785 Q V) / (N (P 1) L)。
其中，。
D为排气管的直径（单位为英寸）。
Q为每分钟排气量（单位为立方英寸）。
V为气缸数。
N为每个气缸的爆发次数。
P为排气管的设计压力。
L为排气管的长度。
在这个公式中，排气管的直径D是需要计算的主要参数。
而每分钟排气量Q、气缸数V、每个气缸的爆发次数N、排气管的设计压力P和排气管的长度L则是影响排气管尺寸的因素。
首先，每分钟排气量Q是指发动机每分钟排出的废气量，它与发动机的排量和转速有关。
一般来说，排气量越大，需要的排气管直径也就越大。
其次，气缸数V 和每个气缸的爆发次数N也会影响排气管尺寸。
通常来说，气缸数越多，每个气缸的爆发次数越多，需要的排气管直径也就越大。
排气管的设计压力P是指排气管内的气体压力，它与发动机的输出功率和排气系统的设计有关。
最后，排气管的长度L也会影响排气管尺寸，一般来说，排气管越长，需要的排气管直径也就越大。
除了以上的因素外，还有一些其他的因素也会影响排气管尺寸。
例如，排气管的形状、材料和表面处理等都会对排气管尺寸产生影响。
因此，在实际计算排气管尺寸时，需要综合考虑以上因素，并根据具体的发动机参数和使用要求来进行计算。
在实际应用中，人们通常会根据发动机的参数和要求来选择合适的排气管尺寸。
一般来说，排气管的直径越大，可以提高排气效率，降低排放，并且提高发动机的输出功率。
但是，排气管的直径也不能太大，否则会影响排气速度，降低发动机的响应性能。
因此，需要根据具体情况来选择合适的排气管尺寸。
总的来说，排气管尺寸的计算是非常重要的，它直接影响着发动机的性能和排放。
排气系统计算书
密级：编号：排气设计验算报告项目名称：项目编号：编制：日期：校对：日期：审核：日期：批准：日期：目录1 排气系统 (3)1.1 排气系统的任务 (3)1.2 系统的要求和总体设计原则 (3)1.2.1 要求 (3)1.2.2 总体设计原则 (3)1.3 排气系统的组成 (3)1.4 选用的消声器及三元催化器的基本参数 (4)2 排气系统的设计和验算 (4)2.1 消声器 (4)2.1.1 功用 (4)2.1.2 结构和原理 (5)2.1.3 消声器容积验算 (5)3 三元催化器的选用 (9)4 其它联接管路直径 (10)5 结论 (10)6 参考资料 (12)1 排气系统1.1 排气系统的任务排气系统的作用是降低排气噪音、防止排气漏气、保持排气通畅、降低有害物质的排放，从而达到汽车正常运行，保护环境。
1.2 系统的要求和总体设计原则1.2.1 要求1．各级消声器总漏气量在保持压力30kPa时不超过100L/min。
2．噪声应符合国家标准GB1495-2002。
3．排气背压应小于行业标准要求的26.7kPa。
4．寿命不低于75000km或三年，三年后插入损失不得减少6dB, 功率损失比不得增加3%5．工作环境温度 500℃～835℃。
6．排放要求达到欧3标准。
1.2.2 总体设计原则根据上述要求采用一级三元催化器、装有一级消声器和终极消声器的二级消声。
为了改善发动机的振动对排气系统的影响，在排气管的前部装波纹管。
其余各管路的连接采用法兰盘连接型式,中间加装金属密封垫采用螺栓、放松螺母压紧。
1.3排气系统的组成排气系统由排气管、三元催化器、消声器、消声器排气管、氧传感器等部件组成。
1.4 选用的消声器及三元催化器的基本参数发动机的参数：布置的位置根据空间情况以及参考样车确定三元催化器的体积为：消声器的体积分别为：排气管及尾管：2 排气系统的设计和验算2.1 消声器2.1.1 功用消声器的主要作用是降低发动机排气噪声，并尽可能减少功率损耗，使高温净化后的废气能安全有效的排出。
汽车排气系统(CFD)背压分析规范
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分析设置-步长设置
1. 选择稳态计算，计算步长设置为500步。 2. 点击calculate，开始计算。
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结果后处理
1. 点击Results下的Report。 2. 选择Surface Integrals，选择进出口静压点击显示（背压），选择进出口总呀点 击显示。
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结果后处理
1. 点击Graphics and Animations下的Coutours，设置显示压力云图，温度云图。 2. 点击Graphics and Animations下的Vectors，设置显示速度矢量图。 3. 点击Graphics and Animations下的Pathlines，设置显示速度流迹线图。
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分析设置-收敛监控
1. 设置监控窗口，判断计算是否收敛。 2. 残差曲线保留默认设置。 3. 设置出口流量监控，当曲线长期水平，即收敛。 4. 设置出口温度监控，当曲线长期水平，即收敛。 5. 设置入口静压监控，当曲线长期水平，即收敛。
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分析设置-初始化计算
1. 选择入口作为初始化计算对象。 2. 点击initial，初始化计算进行。
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分析设置-计算相设置
1. 催化器载体区域设置为多孔介质相，即porous。 2. 吸luid。
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分析设置-边界条件
1. 入口边界：质量入口，XXkg/s；温度，XX摄氏度。 2. 出口边界：压力出口，采用标准大气压。 3. 壁面边界：XXmm壁厚，对流换算系数XXw/(m^2.k)（通常为80），粗糙 度为0.5。
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分析设置-模型检查
1. 选择General模板。 2. 点击Scale，将长度单位换算为模型实际单位。 3. 点击Check，检查模型中是否有负体积。 4. 点击Mesh/Smooth Swap，交替点击Smooth和Swap，调整网格质量到 更好。 5. 点击Report Quality，质量指数到0.4以上才可进行计算。
排气系统模态及振动响应分析
排气系统模态及振动响应分析1 排气系统模型1.1几何模型排气系统，包括三元催化器、波纹管、前消声器、后消声器、连接管、连接法兰等。
四处吊挂分别位于前消声器前后和后消声器的前后，以橡胶悬挂在车厢底板平面上，见图1。
整体坐标系采用右手法则的直角坐标系，X轴为从汽车前部指向后部，Y 轴指向汽车右侧，Z 轴指向上方。
图1 排气系统的三维几何模型1.2有限元模型排气系统大部分为薄板结构，采用壳单元来进行模拟；对连接法兰，则采用实体进行模拟，生成网格。
由于波纹管、三元催化器、消声器结构的复杂性，在分析和建模过程中，进行了以下处理：（1）对波纹管结构，根据设计部门提供的波纹管结构数据，在CAD软件中建立波纹管的壳模型，然后将建立的模型组装进排气系统，进行网格划分。
排气系统波纹管段的网格要非常细密，才能保证求解精确。
（2）三元催化器、前消声器取其外壳和内部隔板划分网格，不足的质量采用集中质量单元加在部件质心。
吊挂3后消声器（3）后消声器取实际模型；（4）有限元模型中，将连接法兰之间的橡胶密封垫省略，两个法兰间采用RBE2连接。
法兰的体网格与管道的壳网格、管道的壳网格之间用MPC连接。
（5）做自由模态分析时，忽略橡胶悬挂、吊钩等结构；（6）橡胶悬挂简化为线性弹簧。
图2为其有限元模型，体网格划分采用六面体单元，面网格采用四边形单元。
(a) 前段(b) 后段图2 排气系统有限元模型2 约束模态与振型节点分析2.1 模态分析对排气系统进行了约束模态分析。
约束点取排气系统与发动机排气歧管连接法兰螺栓以及5个吊钩与车身连接处。
表2为排气系统的前16阶自由模态频率及其振型说明。
图3为前10阶振型。
表2 排气系统前16阶自由模态阶数振型说明(主要变形)1 XOY面内一阶弯曲2 XOY面内一阶弯曲3 XOZ面内，以波纹管为中心整体摆动4 XOZ面内一阶弯曲5 一阶扭转6 二阶扭转7 前段XOZ面内一阶弯曲，后段扭转8 三元催化器段XOZ弯曲9 以XOZ面内弯曲为主10 以XOY面内弯曲为主11 三元催化器段弯曲12 三元催化器段弯曲13141516（a）1阶振型（b）2阶振型（c）3阶振型（d）4阶振型（e）5阶振型（f）6阶振型（g）7阶振型（h）8阶振型（i）9阶振型（j）10阶振型图3 前10阶振型2.2振型节点分析图4为排气系统前10阶振型节点位置。
排气系计算
排气系统排气系统的主要作用是降低排气噪声，防止排气泄漏，保持排气畅通，特别是排气系的阻力非常重要，如果阻力过大，将引起发动机输出功率降低，油耗增加，自由加速烟度过大，有害排放物增多，整车加速也将受到影响，因此对排气系统的结构设计应给予足够重视。
发动机排气压力一般为0.3~0.5Mpa ，温度为500℃~700℃，这表明排气具有一定的能量，同时由于排气具有间歇性，在排气管内引起排气压力的脉动。
若将发动机排气直接排放到大气中必将产生强烈的噪音。
排气消声器是具有吸声衬里或特殊形式的气流管道，它是通过逐渐降低排气压力和衰减排气脉动，使排气能量消耗殆尽。
它不但要满足车辆噪声的要求，又要满足排气阻力的要求，还要满足消耗功率尽可能少的要求。
因此，消声器的设计很重要。
1.排气消声器容积的选择方法（一）：美国Nelson 消声器公司推荐消声器容积计算公式式中：从公式中可以看出，消声器容积与发动机排量成正比。
方法（二）：方法（三）：根据实验，一般消声器的大小为发动机排量的3-5倍，客车不同于轿车，有较大空间布置消声器，因此，消声器可选择较大尺寸，在此我们可以选择消声器为发动机排量的5倍。
还有几种计算消声器容积的方法，在此不一一列举。
值越大消声器级别越高可取修正系数发动机排量，冲程数缸数发动机转速消声器容积Q Q V i r n V st ,,62,L.min /,-------τ）（L V *)A A A (st 321++=V2. 排气流量的计算Q=（b T +273）ψi Q /（s T +273） 式中：b T ——排气温度，℃；s T ——进气温度，℃；ψ——取0.98i Q ——进气流量3. 排气管径的计算排气管的直径为d ，则排气管的截面积为：排气气流的速度为v ，则根据实验要求，一般要求排气速度在70—90m/s ，从而求得排气管直径。
进而，选择接漏合适的消声器。
4. 排气管长度的计算（1）发动机基频噪声的计算实验中发现，随着尾管长度的增加，消声器的截止频率移向低频区域，消声效果也增加。
发动机排气量计算公式
发动机排气量计算公式发动机排气量，这可是个有点复杂但又挺有趣的话题。
咱们先来说说啥是发动机排气量。
简单来讲，它就像是发动机的“肺活量”，决定了发动机一口气能“吸”和“呼”多少空气。
想象一下，发动机就像一个大力士，它的“力气”大小和这排气量关系可大着呢！那这排气量咋算呢？其实有个简单的公式。
发动机排气量 = 气缸工作容积 ×气缸数量。
气缸工作容积呢，又等于π × （气缸直径÷2）² ×活塞行程。
这里面的“π”就是咱们熟悉的圆周率 3.14 啦。
比如说，有个气缸，直径是 80 毫米，活塞行程是 90 毫米。
那先把直径换算成米，就是 0.08 米。
气缸工作容积就等于 3.14 ×（0.08÷2）²× 0.09 立方米。
咱们来详细算一下哈。
0.08÷2 = 0.04 ，0.04² = 0.0016 ，3.14×0.0016×0.09 = 0.00045216 立方米。
这只是一个气缸的工作容积，要是这发动机有 4 个气缸，那排气量就是 0.00045216×4 = 0.00180864 立方米。
再把这数字换算成升，因为1 立方米 = 1000 升，所以这发动机排气量就是 1.80864 升。
我记得有一次，我去汽车维修厂找朋友玩。
正好碰到师傅在检修一辆汽车的发动机。
那发动机拆开后，各种零件摆了一地。
我好奇地凑过去问师傅这发动机排气量多大。
师傅笑了笑，拿起一个卡尺，量了量气缸的直径和活塞行程，然后就在纸上刷刷地算起来。
我在旁边看着，心里那个着急啊，就盼着赶紧知道答案。
最后师傅算出结果，跟车辆手册上标注的差不多，那一刻，我真心觉得这计算公式还真挺准的！在实际生活中，了解发动机排气量可重要啦。
排气量大的发动机，一般动力更强，但油耗也可能更高；排气量小的呢，相对省油，但动力可能就没那么猛。
汽车空气阻力公式
汽车空气阻力公式
汽车空气阻力公式是汽车在空气流中运动的结果，是汽车被空气抵抗的力的数学表达式。
汽车空气阻力的大小影响着汽车的行驶速度、汽车的燃油消耗，也影响汽车的性能，是汽车设计时必须要正确考虑的。
汽车空气阻力公式是以汽车表面面积、汽车形状、汽车机械参数和空气状态等影响汽车空气阻力的因素构成的数学公式，可以正确描述汽车表面上的空气流动状态，从而分析出汽车的空气阻力。
常见的汽车空气阻力公式有如下几种：
（1）标准空气阻力公式：C_D∝1/M^2
其中C_D表示汽车在标准状态下空气阻力系数，M为汽车行驶速度，表明，汽车在标准状态下，在较低速度时，空气阻力较小，速度增大空气阻力也越来越大。
（2）蒙特卡洛空气阻力公式：C_D∝1/M^3
Ť按照蒙特卡洛公式，随着汽车行驶速度的增加，汽车空气阻力变化的规律尤为强烈，汽车行驶较高速度时，空气阻力也随之大幅增加。
（3）维勃法公式：C_D∝1/M^4
按照维勃法公式，随着汽车拥有速度提高，汽车空气阻力系数C_D快速增加，而汽车空气阻力最大值存在高速度预期值，高速度时，汽车空气阻力系数维持该预期值不变。
由以上几种汽车空气阻力公式可知，随着汽车行驶速度的提高，汽车空气阻力也会持续增大，因此，汽车需要采用一种恰当的外形设计和机械参数设置，才能更有效的减小汽车在空气流中的阻力，以达到节能和提高性能的目的。
发动机排气管压力计算公式
发动机排气管压力计算公式
发动机排气管压力计算公式是一个重要的工程计算公式，用于评估发动机的排气系统性能。
排气管压力可以影响发动机的效率、功率输出以及排放物的控制。
计算发动机排气管压力的公式可以表示为：
P = (m_dot * R * T) / V
其中，P表示排气管压力，m_dot表示排气质量流量，R表示气体常数，T表示温度，V表示排气管容积。
在这个公式中，排气质量流量(m_dot)是指单位时间内通过排气管的气体质量。
气体常数(R)是一个与气体的特定性质相关的常数。
温度(T)是以开尔文为单位的绝对温度，可以通过发动机的传感器获取。
排气管容积(V)则取决于发动机和排气系统的设计。
通过使用这个公式，工程师可以计算出排气管压力，以评估发动机排气系统的性能和优化设计。
这有助于确定是否需要更改排气系统的尺寸、形状或其他参数，以达到更高的性能、更低的排放和更好的燃烧效率。
需要注意的是，这个公式只是一种基本的计算方法，实际情况可能会受到其他因素的影响。
因此，在使用这个公式时，工程师还需要考虑其他因素，如排气管的材料、流体力学和热传导等。
此外，不同类型的发动机（如汽油发动机和柴油发动机）可能会有不同的参数和修正因子。
总之，发动机排气管压力计算公式是一项重要的工程计算工具，用于评估和优化发动机的排气系统性能。
工程师需要了解这个公式，并结合实际情况进行调整和修正，以实现最佳的发动机性能和排放控制。
[讲解]排气系统的振动分析
![[讲解]排气系统的振动分析](https://img.taocdn.com/s3/m/cd4add16f02d2af90242a8956bec0975f465a49c.png)
第六章排气系统的振动分析排气系统一端与发动机相连，另一端则通过挂钩与车体相连。
发动机的振动传递给排气系统，然后在通过挂钩传给车体。
车体的振动通过座椅、方向盘和地板直接传给顾客，同时车体的振动也会幅射出去，在车内产生噪声。
所以控制传到车体的力是排气系统振动控制的最重要的目标之一。
排气系统的振动分析涉及到三个方面：模态分析，动力分析和传递渠道的灵敏度分析。
排气系统的结构非常复杂，几乎不可能用经典的力学分析来了解其振动特性，在工业界，有限元方法已经得到了广泛应用。
第一节排气系统的振动源排气系统的振动源主要有四个：发动机的机械振动，发动机的气流冲击，声波激励和车体的振动，如图6.1所示。
第一，发动机机械振动。
排气系统直接与发动机相连接，因此发动机的振动也就直接传递给排气系统。
第二，气流冲击。
高速气流经过汽缸排出，直接冲击排气多支管，从而引起排气系统振动，特别是对于转弯较急的部分。
当气流进入到排气系统后，气流在管道内产生紊流，从而引起排气管道的振动。
第三是声波激励的振动。
声波在管道中运动时，会对管道和消音元件等结构产生冲击，因此而引起振动。
排气系统是通过挂钩与车体相连，因此这些振动会通过挂钩传递到车体。
排气系统的第四个振动源是车体的振动。
这个振动传递方向与前面三种相反，车体振动也会通过挂钩传递到排气系统。
这种传递会逆向传递到发动机，从而加大了发动机的振动。
图6.1 排气系统的振动源第二节排气系统的振动模态分析模态分析是排气系统动力计算的关键。
我们知道排气系统与发动机和车体相连，因此排气系统的模态必须与发动机的激振频率和车体的模态分开，否则系统耦合在一起会产生强烈的共振。
通过排气系统的模态分析还可以知道系统的节点和反节点，从而可以更有效地布置挂钩的位置。
通常，挂钩是放在节点的位置，这样传递力会最小。
在排气系统模态分析时，通常要对下面几个指标设定目标：第一阶垂向弯曲模态第一阶横向弯曲模态第一阶横向扭转模态模态密度第一阶垂向弯曲模态和第一阶横向弯曲模态是排气系统中最容易被发动机激励起的模态，同时这两个模态的振动也最容易传递到车体并与车体发生共振。
排气背压设计计算
、设计计算：1．排风口面积A排(m2)A排= k·S水箱(m2)式中S水箱为水箱净面积，k为风阻系数，k值见表12．进风口面积粗计算A进≈1.2·A排(m2)3．进风量计算Q进 = A进·V风·k-1(m3/s)式中Q进为进风量A进为粗算的进风口面积(m2)V风为风速(m3/s)，一般取3级风的风速平均值4.4(m/s) 进行计算风速表见表2（最强风速不应超过8m/s）4．进、排风降噪箱风道长L风L风 = C式中C为常数，其值与降噪效果有关，C值见表35．排气背压的计算1）排气系统背压P（kPa）在进行排气系统计算时，可先作这样的设定:机组标准配置的波纹避震节、工业型消声器等同于同管径的直管，弯头折算成直管当量长度，把以上三项和连接直管的长度相加后用排气管背压的计算公式计算背压，可使整个计算简化，并不失计算精度，消声器背压的计算特指住宅型消声器的计算。
P =（P排 + P消）≤〔P〕P排为排气管的背压（kPa）P消为消声器的背压（kPa）[P]为系统许用背压值（kPa）表1：风阻系数附加物K无降噪箱 1防鼠网 1.05~1.1百叶窗 1.2~1.5降噪箱 3降噪箱+防鼠网 3.05~3.1降噪箱+百叶窗 3.2~3.5表3：C值dB(A) C(mm)70 160065 180060 2000表2：风速表风级名称风速（m/s）0 无风0~0.21 软风0.3~1.52 轻风 1.6~3.33 微风 3.4~5.44 和风 5.5~7.95 清劲风8.0~10.76 强风10.8~13.87 疾风13.9~17.18 大风17.2~20.79 烈风20.8~24.410 狂风24.5~28.411 暴风28.5~32.612 飓风32.7~36.9表4：直管当量长度表管径（英寸）45度弯头（m/每个弯头）90度弯头（m/每个弯头）3.5 0.57 1.334 0.65 1.525 0.81 1.906 0.98 2.287 1.22 2.708 1.39 3.0410 1.74 3.812 2.09 4.5614 2.44 5.322）P排=6.32 L×Q2× 1D5 T+273式中：L为直管当量总长度（m）见表4Q为排气流量（m3/s）D为排气管直径（m）T 为排气温度（℃）3）消声器背压P消的计算先计算消声器的管流速V管V管= Q（m3/s）(m/s)A管（m2）式中A管为消声器排烟口的截面积，用计算出的管流速值从图1（流速/阻力曲图）查出消声器的阻力值F阻，则排气背压P消= F阻（毫米水柱）×673(毫米水柱)T+273图1. 流速/阻力曲线图注：1毫米水柱=0.0098kPa五、计算示例：机组KV275E、发动机TAD740GE：住宅型消声器6″（排烟口截面积为0.0214m2，排气量41.8m3/min=0.697m3/s ，见VOLVO销售手册)计算消声器的管流速：V消= Q（ m3/s）= 0.697 =32.55(m/s)A 消（m2）0.0214查图1：流速/阻力曲线图，得消声器的阻力值F阻=90（毫米水柱）计算消声器的背压：P消= F阻（毫米水柱）×673×9.8×10-3 T=540℃(见VOLVO销售手册)T＋273= 90×673×9.8×10-3 =1.055(kPa)540＋273计算排气管的背压：假如在住宅型消声器前面有一工业型消声器，一波纹管避震节，2个90°弯头，总长度3米，管径φ108，其背压为P排1，则当量长度L1=3+2×1.52=6米（见表4）P排1= 6.32×L1（米）×Q2（ m3/s）× 1 ×10-3D15（米）T+273= 6.32×6×0.6972× 1 ×10-3 =1.54(kPa)0.1085 540+273再假如在住宅型消声器后面有排气管30米，弯头5个，管径φ165，则当量长度L2=30+5+2 .28=41.4(米)P排2= 6.32×L2（米）×Q2（ m3/s）× 1 ×10-3D25（米）T+273= 6.32×41.4×0.6972× 1 ×10-3 =1.28(kPa)0.1655 540+273排气管的总背压：P排=P排1+P排2=1.54+1.28=2.82(kPa)排气系统的背压：P=P排+P消=2.82+1.055=3.875(kPa)系统的许用背压值[P]=10(kPa)最后得出：P=3.875≤[P]=10(kPa)。
汽车尾气污染物排放计算
车尾气中所含污染物的多少与汽车行驶条件关系很大：汽车在空档时THC和CO浓度最高；低速时THC和CO浓度较高；高速时NOx浓度较高,THC和CO浓度较低.由于汽车在进出停车场时一般是低速行驶,因此THC和CO排放量较大.汽车在不同行驶速度时污染物排放状况见表23：表23汽车尾气中各组分浓度与行驶速度关系表汽车尾气组分空档低速高速NOx 0-500PPm 1000 4000CO2 6.5-8% 7-11% 12-13%H2O 7-10% 9-11% 10-11%O2 1.0-1.5% 0.5-2.0% 0.1-0.4%CO 3-10% 3-8% 1-5%H2 0.5-4.0% 0.2-1.0% 0.1-0.2%THC 300-8000 200-500 100-300汽车尾气污染物的排放按下列公式计算：废气排放量：D=QT<K+1>A/1.29式中：D——废气排放量,m3/h；Q——汽车进出车库流量,辆/h；T——车辆在车库〔场〕内运行时间,min；K——空燃比,12:1；A——燃油耗量,kg/min.污染物排放量：G=DCF式中：G——污染物排放量,kg/h；C——污染物的排放浓度,ppm〔容积比〕；F——容积与质量换算系数该项目共有2个地下车库,其一是居民2号楼、3号楼与配套公建楼共用的,车库出入口设有两个〔称为一地下车库〕；其二是4号楼单独使用〔称为二地下车库〕,车库出入口设有一个,见《图一、平面布置图》.通风机的排风口高度均约5m.根据设计方案与类比资料调查,确定该项目地下停车库汽车尾气计算参数,见表24.表24项目A块地与BCD块地地下停车库汽车尾气计算参数停车泊位〔个〕日进出单车次数〔次/日〕日最大车流量〔辆/日〕高峰进出车辆数〔辆/小时〕一地下车库 394 4 1576 394二地下车库 95 4 380 95以车辆进入车库为空挡怠速状态运行,泊位时行驶时间约为2分钟,空燃比：12:1,平均耗油量为0.0375kg/min.该项目高峰段出入停车坪的汽车尾气排放源强计算结果见表25.表25地下车库大气污染物排放源强计算结果项目排气量〔m3/h〕污染物排放浓度〔mg/m3〕排风竖井污染物排放率〔kg/h〕NOx CO THC NOx CO THC一地下车库 404000 1.50 27.5 0.767 0.606 11.1 0.310二地下车库 101000 1.48 26.9 0.752 0.594 10.8 0.303最高允许排放浓度〔mg/m3〕 - 240 30 120 - - -最高允许排放速率〔kg/h〕 - - - - 16 - 100注：由于我国尚无为停车库制定的排放标准,为了进行环境评价,参照执行GB16297-1996《大气污染物综合排放标准》中NOx、非甲烷总烃限值以与TJ36-1979《工业企业设计卫生标准》中CO的最高允许浓度.方法一车辆进出停车场刹车、怠速与启动时废气污染物排放量大,废气中主要为CO、 NOx.对车库汽车尾气影响预测,采用以下估算模式：C〔mg/m3〕＝ W*S*B*D*T*C/<H*V>式中：C----车库内污染物预测浓度〔mg/m3〕；Ci----尾气中某污染物多年平均浓度〔mg/m3〕；V----地下车库容积〔m3〕；T----汽车在车库内发动机工作时间〔min〕,取T=2min；S----车位平均利用率〔%〕；B----各类车辆比例〔%〕；W----停车位〔个〕；D----单车排气量〔m3/min〕；H----单位时间换气次数,〔次/h〕.<4> 估算参数拟采用集中式送、排风系统排烟换气,各估算参数的具体取值见表7-3.表7-3估算参数限值一览表方法二停车场的汽车尾气排放量与汽车在停车场内的运行时间和车流量有关.一般汽车出入停车场的行驶速度要求不大于5km/h,出入口到泊位的平均距离如按照50m计算,汽车从出入口到泊位的运行时间约为36 s；从汽车停在泊位至关闭发动机一般在1s～3s；而汽车从泊位启动至出车一般在3s～3min,平均约1.5min,故汽车出入停车场与在停车场内的运行时间约为2min.根据调查,车辆进出停车场的平均耗油速率为0.2升/分钟,即0.15公斤/分钟.地下车库建筑面积19498m2,共619个停车位,两层高度10.8米,估算地下车库体积约为210578.4立方米.根据《环境保护实用数据手册》,汽车废气主要污染物浓度参见下表：表机动车怠速和正常行驶时主要污染物排放系数〔部分〕汽车废气主要污染物体积浓度与质量一体积浓度换算系数分别为CO1.25,HC3.21,NO22.05.汽车耗油量与汽车状态有关,根据统计资料与类比调查,车辆进出车库<车速小于5公里/时>平均耗油量为.当汽车进出停车库时,平均空燃比约为12∶1.汽车尾气污染物的排放按下列公式计算：废气排放量：D=QT<K+1>A/1.29污染物排放量：G=DCF式中： G——污染物排放量,kg/hC——污染物的排放浓度,ppm〔容积比〕F——容积与质量换算系数Q——汽车车流量,辆/hT——车辆在车库运行时间k——空燃比A——燃油耗量,kg/min根据《汽车库建筑设计规X》〔JGJ100—98〕中要求每小时通风次数不小于6次,按停车库体积与单位时间换气次数,计算单位时间废气排放量,再按照污染排放速率,计算各停车库的污染排放浓度,计算公式如下：式中：n——单位时间换气次数；取八次V—一停车库体积G——污染物排放速率,kg /h；C——污染排放浓度,mg/m3根据以上公式和参数计算的结果如下表：地下停车库高峰时期废气源强与排放速度。
排气系统噪声传递损失分析规范
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实车无吸音棉-数据映射转移计算
1. 将CFD网格上的温度，压力等计算数据转移到声学网格上。 2. 展开Mesh Mapping，双击其下的Source，弹出的对话框选择CFD结果模型。 3. 双击Target，弹出的对话框选择声学有限元模型。 4. 双击Mesh Mapping，Algorithm设置为Maximum Distance，Number of Influencing Nodes设置为1，Maximum Distance设置为10mm。 5. 单击compute，完成数据映射。
1. 定义声功率幅值为1w/m2。 2. 出口定义全吸声属性Automatically Matched Layer Property。
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常温无吸音棉-定义计算条件
将Boundary Condition Set设置成Use an Existing One，选择已建立的进出口 边界条件。
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常温无吸音棉-定义计算条件
频率范围与步长设置见下表：
计算频率（Hz） 计算步长
1000 2000
10 20-1000Hz为10； 1000-2000Hz为20 20-1000Hz为10； 1000-2000Hz为20； 2000-3000Hz为30
3000
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实车无吸音棉
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实车无吸音棉-导入CFD数据
1. 实车工况下的气流计算数据为流体软件计算好的CGNS文件结果。 2. 单击File/Import，弹出对话框中将文件类型选择为CGNS，然后选择事先计算好 的文件，导入结果。 3. Data Sets里选择压力，速度和温度结果。 4. 保存CFD结果模型，点击File/Save Management，选择Save As，将文件命名 为Temperature EffectsCFD.CATAnalysis。
汽车发动机原理课后答案(参考资料)
《汽车发动机原理》课后习题答案第一章1-1 图1-2示出了自然吸气与增压四冲程发动机的示功图，请问：（1）各自的动力过程功、泵气过程功指的是图中哪块面积？功的正负如何？（2）各自的理论泵气功、实际泵气功和泵气损失功指的是图中哪块面积？功的正负如何？（3）各自的净指示功和总指示功又是由图中哪些面积组成？功的正负如何？（4）造成自然吸气与增压发动机示功图差异的原因是什么？解：由图1-2，(1)自然吸气：动力过程功=面积aczbaW t=W1+W3，正功泵气过程功=面积W2+W3，负功增压：动力过程功=面积aczbaW t=W1，正功泵气过程功=面积brab W t=W2，正功(2)自然吸气：理论泵气功=0实际泵气功=W2+W3，负功泵气损失功W2+W3负功增压：理论泵气功=p k和p b间的矩形面积，正功实际泵气功=W2，正功泵气损失功=阴影面积，负功(3)自然吸气：总指示功＝W1+W3，正功净指示功＝(W1+W3)-(W2+W3)=W1-W2，正功增压：总指示功=W1＋(p b-p k)*Vs ，正功净指示功=W1+W2，正功(4)差异的原因：增压发动机的进气压力高于排气压力，因此泵气过程功为正。
1-2 增压四冲程发动机在中、小负荷工况运转时，有可能出现压气机后进气压力p b小于涡轮前排气压力pk的情况，请画出此时发动机一个循环的p-V图，标出上下止点、进排气门开关和着火时刻的位置，以及理论泵气功和泵气损失功面积，并判断功的正负。
解：p-V图如下图所示：理论泵气功：绿线包围的矩形面积，负功实际泵气功：进排气线包围的面积，负功泵气损失功：两块面积之差，负功1-3假设机械增压与涡轮增压四冲程发动机的动力过程功W t和压气机后压力p b均相同，请问两者的示功图有何异同？二者的泵气过程功有何差异？为什么？解：涡轮增压的理论排气线为p k，机械增压的理论排气线为p0；且涡轮增压的实际排气线位于机械增压实际排气线的上方。
CATIA车门运动包络的生成
真。
出现防真对话框。
拖动角度到最开启角度
点击插入把开启动作插入到防真机制里面
一次模拟
点击扫掠体积命令，输出车门包络。
拖动角度到最开启角度点击插入把开启动作插入到防真机制里面一次模拟点击扫掠体积命令
C轴，支持面
新建翼子板旋转轴，支持面
两个零部件要建在一起，两条轴线重合，两个平面重合
进入运动分析模块
建立旋转接合
选择车门新建的轴线，在选择翼子板新建的轴线，在选择车门的支持面，在选择翼子板的支持面
汽车排放量计算方法
地下停车场通风设计2006-10-17【大中小】【打印】简介：如何解决好地下停车场的通风和防排烟设计问题是地下停车场设计中的一个重要问题。
要求设计既足满足平时通风要求，排除汽车尾气和汽油蒸气，送入新鲜空气；又要满足火灾时的排烟要求。
另外，地下停车场应该同时考虑设计机械排风系统和机械排烟系统，并且要处理好二者的关系。
为此，本文主要总结国内有关地下停车场通风设计中的一些问题。
关键字：机械排风系统机械排烟系统自然补风前言近年来,随着城市现代化建设的不断发展,城市交通中使用的中小型汽车数量飞速增长,因此,地下停车场、车库的建设也将随之而发展，以解决汽车存放与城市用地日益矛盾的问题。
地下停车场的兴建，为暖通空调工程师提出了新任务。
如何解决好地下停车场的通风和防排烟设计问题是地下停车场设计中的一个重要问题。
要求设计既足满足平时通风要求，排除汽车尾气和汽油蒸气，送入新鲜空气，以使有害物含量达到国家规定的卫生标准的要求；又要满足火灾时的排烟要求，以保证火灾发生时迅速扑灭火源，防止火灾蔓延，限制烟气的扩散，排除已产生的烟气，以保证人员和车辆撤离现场，减少伤亡，保障消防人员安全有效地扑救。
另外，地下停车场空间很大，又处于半封闭状态，轻此，一般来说，地下停车场应该同时考虑设计机械排风系统和机械排烟系统，并且要处理好二者的关系。
为此，本文主要总结国内有关地下停车场通风设计中的一些问题。
1、地下停车场有害物的种类及危害地下停车场有害物的种类及危害地下停车场内汽车排放的有害物主要是一氧化碳（CO）、碳氢化合物（HC）、氮氧化物（NOX）等有害物。
它们来源于曲轴箱及排气系统。
燃油箱、化油器的污染物主要为碳氢化合物（HC），即由燃油气形成的。
若控制不好，其污染物将达到总污染物的15％～20％；由曲轴箱泄漏的污染物同汽车尾气的成分相似，主要有害物为CO、HC、（NOX）等。
有的汽油内加有四乙基铅作抗爆剂，致使排出的尾气中含有大量铅成分，其毒性比有机铅大100倍，对人体的健康和安全很危害很大，其表现有：（1）一氧化碳是最易中毒且中毒情况最多的一种气体，它是碳不完全燃烧的产物。
排气管静压计算公式
排气管静压计算公式
排气管静压计算公式通常包括以下几个因素，气体流速、管道截面积、气体密度和管道摩擦阻力。
其中，气体流速和管道截面积决定了气体流动的速度和截面积，气体密度则影响了气体流动的质量，管道摩擦阻力则影响了气体流动的阻力。
一般来说，排气管静压计算公式可以表示为：
P = (ρ V^2) / 2。
其中，P表示排气管内部的静压，ρ表示气体的密度，V表示气体流速。
这个公式表明了排气管静压与气体密度和流速的平方成正比。
在工程设计中，排气管静压计算公式可以帮助工程师们确定排气系统的设计参数，如管道截面积、流速和摩擦阻力，从而确保排气系统的性能和安全性。
同时，这个公式也可以用于流体力学研究中，帮助研究人员深入理解气体流动的特性和规律。
总之，排气管静压计算公式是工程设计和流体力学研究中的重
要工具，它可以帮助人们更好地理解和分析排气系统的性能，为工程实践和科学研究提供有力的支持。
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汽车排气系统运动包络面的计算顾彦 宋艳冗 汪晓虎 刘禹
泛亚汽车技术中心有限公司
汽车排气系统运动包络面的计算 Calculation of the Envelop of the Exhaust System
顾彦 宋艳冗 汪晓虎 刘禹
(泛亚汽车技术中心有限公司，上海，201201)
摘要: 本文运用MSC Nastran线性接触，建立了汽车排气系统运动包络面的计算方法。
与通常的非线性有限元以及多刚体方法相比，本方法具有更精确、高效的特点。
关键词: 排气系统，线性接触，MSC Nastran
Abstract: The linear gap in MSC Nastran is used to establish the calculation method of the envelop of the exhaust system. Compare with the nonlinear FEM and the multi-body analysis, this method is more efficient and accurate
Key words:Exhaust system, Linear Gap, MSC Nastran
1简介
排气系统性能对整车的各项性能有很大的影响，在设计阶段进行排气系统各项性能的预测具有重要的意义，文献[1]从振动角度，建立了利用MSC Nastran确定优化的悬挂点位置的方法，文献[2]则从声学角度，利用MSC Nastran的声学有限元进行了汽车排气系统消声性能的预测。
由于振动噪声性能的要求，汽车的排气系统一般是通过吊耳柔性地与车身相连接。
在汽车使用过程中，整个排气系统有较大的运动幅度，可能会造成排气系统与车身或地面相碰，直接影响车辆的性能甚至对零部件产生损伤。
因此，在设计阶段，预测排气系统的振动噪声性能的同时，必须对排气系统的运动包络面进行评估，以寻找最平衡的方案。
通常的计算运动包络面的方法是用多刚体动力学，将排气系统简化为刚体或柔性体，将吊耳简化为非线性弹簧。
对于排气系统吊耳，通常只能提供一个主方向的非线性刚度，另外五个方向的刚度无法准确提供。
这就造成用用多刚体动力学计算运动包络面的精度问题。
另一种方法是采用非线性有限元，建立详细的吊耳的有限元模型，定义接触，这样做的好处是比较精确，但计算时间较长。
由于在排气系统设计过程是反复迭代优化的过程，非线性计算将带来时间和效率的问题
其实，在排气系统运动包络面计算模型中，只有吊耳部分呈现较强的非线性，并且这些非线性是由于接触造成的。
我们采用MSC Nastran的线性接触 (linear Gap)，计算排气系统的运动包络面。
2 线性接触
早在MSC Nastran V70.5就引入了线性接触方法，可以在线性静态求解序列SOL 101中进行简单的接触分析。
线性接触可以认为是接触单元的最简单的形式：开启或闭合，没有额外的摩擦和接触刚度[3]〕。
在SOL 101 中，通过显式的多点约束(MPC)引入线性接触。
由于采用MPC，所以线性接触没有摩擦和接触刚度。
相邻的接触自由度要么闭合，要么开启。
线性接触只能传递压方向的力。
虽然这样的假设可能过于简单，但对于很多问题，是非常有效的。
通过SOL 101中内置的迭代技术，当所有的接触都没有穿透时，迭代收敛，此时线性接触点没有拉方向的力。
图1 节点A 和B 定义MPC
如图1，考察节点A 和B，它们之间在X 方向有0.05的初始间隙
间隙的位移可以定义为
init B A gap X X X X U U U U +−= （1）
按照MPC 的方程重写（1）：
0=−+−init B A gap X X X X U U U U （2）
由于在迭代过程间隙的位移中将被归入R-SET ，不允许是非独立(Dependant)自由
度，而接触的初始间隙被归入S-SET ，因此，或须有一个是非独立自由度。
我们选择作为非独立自由度，重写（2）：
gap X U init X U A X U B X U B X U 0=−+−init gap A B X X X X U U U U （3）
设节点A＝84，节点B＝21，定义线性接触的MSC.Nastran的卡片如下：
SPOINT 10001用于定义接触的开合
SUPORT将SPOINT 10001放入MSC Nastran的R-SET
SPOINT 10002用于定义初始间隙，SPC定义了初始间隙是0.05
方程（3）用MPC定义
相关的其它MSC.Nastran输入：
PARAM，CDITER（整数）确定开合的最大的迭代次数
PARAM，CDPRT （YES/NO）打印迭代历史
PARAM，CDPCH （YES/NO）Punch输出最后收敛的DMIG，CDSHUT
DMIG，CDSHUT 输入初始的开/合状态（缺省＝所有自由度闭合）
3 主刚度的模拟
图2是典型的排气系统吊耳的有限元模型，我们定义连接两个安装孔的方向为吊耳的主方向，即图中的X方向，图3是该吊耳主方向的位移－力试验曲线
接触区域
图2 典型的排气系统吊耳
拐点
图3吊耳主方向位移－力试验曲线
从图2和图3可以看出：在拉方向的30mm 范围内，吊耳基本处在线性状态；在压方向，大约4mm 处出现拐点。
在拐点两侧，吊耳也基本是线性的。
可以认为，在压的方向，正是由于接触区域的接触，导致刚度有突变，使得试验曲线产生拐点。
通过调整模型的材料特性，接触区域的初始间隙等参数，我们可以比较精确地模拟吊耳主方向的刚度，同时通过该模型也得到了吊耳的其它方向的刚度。
图4是吊耳受压接触后的变形图，图5
是模拟的位移－力曲线与试验结果的对比。
图4吊耳受压接触后的变形图
图5 模拟与试验结果对比
4 排气系统运动包络面的计算
一般情况下，进行运动包络面计算时，以一个现有的产品作为初始设计。
通过调整吊耳模型的参数，使得主方向的有限元计算的结果与试验结果比较接近。
在这个基础上，将整个排气系统的有限元模型与已经调整好的吊耳模型合并在一起，根据车辆的使用情况加载，在SOL 101中，计算各种工况下的初始设计的运动包络面。
然后进行干涉检查，如果通过则进行振动噪声等性能检查，如果通不过，则调整各种相关参数，循环直至满足设计要求。
图6 是排气系统运动包络面计算的流程图。
图6 运动包络面计算流程图
图7 排气系统有限元模型
图7 是排气系统的整体的有限元模型，图中圈内的是吊耳的位置。
图8 干涉检查
图8 是将计算结果导入CAD软件，进行干涉检查的结果。
从图中可以看出，在某些工况下，排气管和车身地板有干涉，还需要进一步修改设计。
5 参考文献
[1] 赵海澜，顾彦。
汽车排气系统悬挂点优化. 计算机辅助工程，2006第15卷增刊
[2] 宋艳冗，顾彦。
MSC Nastran在排气消声器声学性能预测中的应用. 2007 MSC.Software
虚拟产品开发(VPD)中国用户大会论文
[3] John McCullough。
LOCAL ANALYSIS OF FASTENER HOLES USING THE LINEAR GAP TECHNOLOGY OF MSC/NASTRAN, MSC World Users Conference 1999。