汽车排气系统频率有限元分析及优化设计
车联网-某车型排气系统多工况优化分析方法研究
2019 China-SAE Congress & Exhibition (SAECCE)
22th-24th October, 2019
多工况优化分析方法 暨展览会的 原有限元模型
学会年会 1）设置合理的设计变量 程 2）创建关注的系统响应 工 3）确定优化目标
DOE分析 1）筛选主效应 2）为拟合响应面积累数
据点
拟合响应面 为不同的系统响应创建
精确的响应面
中国汽勿车外传！ 1）以拟合最优解作 19 为初始设计点 0 请 2）结合有限元模型
2019 China-SAE Congress & Exhibition (SAECCE)
22th-24th October, 2019
有限元分析结果 暨展览会的 1、约束模态分析结果 会 发动机二阶怠速激励频率为28.3Hz，因为怠速存在一定范围， 年 设定避频范围2Hz，约束模态避频范围为26.3-30.3Hz。
形状变量2 形状变量5 形状变量6
原设计值
2.6 2.6 0 0 0
拟合优化取 值 5.9 5.9 0.9 -0.9 -0.2
汽 传 10 软垫3 -Z方向刚度N/mm
国 11 软垫4 -X方向刚度N/mm
外 12 软垫4 -Y方向刚 波纹管轴向刚度X N/mm
0 请 15 波纹管径向刚度Y N/mm
2 ， 16 波纹管径向刚度Z N/mm
汽车排气系统的CAE分析与优化设计
汽车排气系统的CAE分析与优化设计摘要：针对汽车排气系统对车身噪音和振动方面的影响因素进行综合分析，构建汽车排气系统的三维结构模型，使用CAE软件模拟设计汽车排气系统中发生的断裂现象，并使用有限元法分析汽车排气系统的结构，对事故原因进行有效分析并解决，完善优化关键结构设计，使用试验车辆耐久性的方式验证其优化方案的可行性。
关键词：汽车排气系统；CAE分析；优化设计前言：汽车的主要振动方式是其排气系统，汽车在日常运行过程中，发动机会对汽车排气系统定期作用激振力，进而对汽车排气系统的可靠性能和使用寿命造成一定的不良影响。
而CAE工具的使用可有效辅助汽车产品的设计工作，包含汽车研发过程中的设计校核、三维设计、整车造型以及零件加工等方面，可为实际的汽车研发工作提供相应的数据和经验。
1、CAE技术的实际作用和汽车排气系统概述1.1 CAE技术的实际作用汽车排气与排气系统内的各个零件分析工作、计算工作、设计工作具有十分密切的联系，使用CAE技术能全面反映排气系统中的所有特性，从而选取与发动机更为匹配的排气系统产品。
使用的CAE技术具有以下几方面实际作用：首先，在汽车研发过程中使用CAE技术可有效降低其设计周期，并在汽车建模和分析工作中使用参数化造型和实体造型，极大便利了参数和模型的修改过程，从而进一步降低确定合理结构参数所需要的工作时间。
其次，可有效降低汽车研发成本。
在汽车研发过程中，使用CAE工具可有效分析汽车中相应零部件的功能，研发费用相较于室内试验和道路实际试验要低很多。
最后，在汽车研发过程中使用CAE 软件，可对汽车中的零件进行有效优化，从而为用户研发出性能更为出色的零件和汽车产品。
在使用CAE工具前，应注意以下两方面内容：第一，应熟练掌握CAE技术的使用方式。
第二，应提供基本的数据库和相关实验数据。
相关实验数据是指各项材料的特性和道路特性等数据。
数据库应包含汽车企业在进行汽车研发过程中所积累的数据。
18_汽车排气系统模态及悬挂点布置分析
18_汽车排气系统模态及悬挂点布置分析在汽车工程中，汽车排气系统的模态及悬挂点布置分析是非常重要的研究方向。
本文将对汽车排气系统的模态和悬挂点布置进行详细讨论，并探讨其对汽车整体性能和乘坐舒适性的影响。
1. 汽车排气系统的模态分析汽车排气系统是引擎排放废气的重要组成部分，其模态特性直接影响到排气噪声和排放性能。
在模态分析中，通过使用有限元分析方法，可以模拟排气管、消声器等结构在运行时的振动响应。
根据模态分析的结果，可以对排气系统的结构进行优化，以减少振动和噪声。
2. 汽车排气系统的悬挂点布置分析悬挂点是指汽车排气系统与车身连接的位置，其布置合理与否直接影响到排气系统的稳定性和可靠性。
在悬挂点布置分析中，需要考虑排气系统的重量、振动情况以及与其他车身部件的协同性。
通过使用计算机辅助设计和有限元分析方法，可以对不同悬挂点布置方案进行模拟和评估，以寻找最佳的布置方案。
3. 汽车排气系统模态与悬挂点布置的影响汽车排气系统的模态和悬挂点布置对汽车整体性能和乘坐舒适性有着重要的影响。
首先，模态的合理设计可以减少排气系统的振动和噪声，提高乘坐舒适性。
其次，悬挂点的布置应考虑到汽车的动力学特性，避免因振动引起的磨损和破损。
最后，合理的模态和悬挂点布置可以提高汽车的排放性能，减少废气排放对环境的污染。
4. 汽车排气系统模态与悬挂点布置的优化方法为了优化汽车排气系统的模态和悬挂点布置，可以采用以下方法。
首先，通过使用有限元分析方法，可以模拟不同排气系统结构在运行时的振动特性，从而找出振动频率和模态。
其次，可以对不同悬挂点布置方案进行有限元分析和模拟验证，评估其对排气系统模态和整体性能的影响。
最后，根据优化的结果，可以对排气系统的结构和悬挂点进行调整和优化，以达到最佳的模态和布置效果。
综上所述，汽车排气系统的模态及悬挂点布置分析对汽车整体性能和乘坐舒适性具有重要意义。
通过合理设计排气系统的模态和悬挂点布置，可以减少振动和噪声，提高乘坐舒适性，并改善汽车的排放性能。
汽车排气系统频率有限元分析及优化设计
１ 前 言
汽车排气 系统一般通过法 兰吊耳与发动机排气歧管及 车身 底板相连接。在汽车行驶 中， 排气系统由于受到发动机振 动和排
气激励 的影响会产生较大的振动 ， 而振动能量通过橡 胶吊耳和挂 钩传递给车身底板 ， 引起车身振动并产生车 内噪声『 因此如何 降 １ ］ 。
Ｋｅ ｏ ｄ ： ｏ ｉ Ｗ ｏ ｋ ； ｈ ｕ ｔ ｙ ｔ ｍ ； ｉ ｉ ｅ ｅ ｔ ｙＷ ｒ ｓ Ｓ ｌ ｄ ｒ ｓ Ｅｘ ａ ｓ ｓｅ Ｆ ｎ ｔ Ｅｌｍ ｎ ａ ｙ ｉ ； ｔｍｉ ｉ ｇＤｅ ｉ ｎ Ｓ ｅ Ａｎ ｌ ｓｓ Ｏｐ ｉ ｚ ｎ ｓ ｇ
中 图分 类 号 ：Ｈ１ ； ４ ３１４ ． 文 献标 识码 ： Ｔ ６ Ｖ ６ ．３ ＋４ Ａ
汽车排气系统的三维设计和有限元分析
汽车排气系统的三维设计和有限元分析摘要：排气系统是车辆的重要组成部分，负责发动机尾气排放。
它的降噪、尾气净化和压力损失等问题已被广泛的关注，但其静力学特性却没有引起足够的重视。
传统的排气系统同发动机和车体相连，排气系统的静力学特性的好坏对排气系统的寿命有较大影响，影响到汽车的整体性能以及人们对车辆的主观评价。
在使用UG建立排气消声器模型后，利用ANSYSWORKBENCH对所建立的排气消声器模型进行静力学分析。
通过该分析为消声器的设计提供理论依据以及方法。
关键词：排气系统；静力学分析；建模为了降低发动机排放对环境和乘员造成的不良影响，排气系统作为一个重要的组成部分被引入到车辆中来。
它的主要作用是将发动机工作时产生的废气经过处理排出并且降低排气噪声。
它的质量的优劣直接关系到车辆的动力性、舒适性和排放标准，另外，它对发动机的效率和使用寿命也会产生影响。
所以排气系统甚至是评价整车性能的一个标准。
而排气系统的寿命与许多因素有关，本文主要考虑由于自身重力的作用对排气消声器的寿命的影响。
1排气系统的功能和设计排气系统的主要功能是排放和降噪，排气系统主要由：排气管、消声器和尾管组成。
随着世界各国对汽车尾气排放的要求日益提高，各汽车生产商也通过安装各种各样的装置来降低汽车排放的尾气中污染物的含量。
如：三氧催化器、碳罐等。
而且对于某些大功率的发动机，由于噪声比较大，往往汽车生产商会外加一个副消声器以满足法规对噪声排放的要求。
排气系统看似只是简单的管道，实际设计中不仅要考虑到特定的底盘布置，同时排气系统的长度、管径大小、消声器的大小等，还要考虑到排气气体的流动特性，防止背压过大，增加功率损失。
因此排气系统设计是车辆设计的重要一环。
在排气系统的设计中，由于发动机的布置原因，导致发动机的排气口是水平方向，所以与发动机排气口相连接的排气管必须也设计成水平方向，由于该型车的车架悬挂点不足，所以在放置消声器时只能悬挂在特定的几个地方，而发动机的排气孔又是水平方向的，这就必然导致排气管通过弯曲的方式来满足排气系统布置上的要求。
基于Ansys workbench汽车排气系统模态分析及优化设计
图1排气系统模型1.2建立有限元模型利用Ansys workbench有限元分析软件建立三元催化器的有限元模型。
几何模型导入到有限元分析软件后，对模型进行前处理，前处理包括模型简化、网格划分、料属性、载荷及约束施加等。
排气系统一般由排气管、催化转化器、氧传感器座、模态分析模态分析是对结构动态特性的解析分析和实验分析，其结构动态特性用模态参数来表示，在数学上，模态参数可定义为力学系统运动微分方程的特征值和特征向量，物理意义是实验测得的系统固有频率和振型[4]。
根据发动动机激励频率根据下面公式计算得出：式中，i为气缸数，从以上论述中可知，排气系统的第1阶固有频率要设计成发动机最大激励频率以上，从仿真计算的结果来看，排气系统第1阶的模态频率为165.28Hz，通过计算得到的发动机的最大激励频率为137.5Hz，虽然超过发动机的最大激励频率，但考虑模态和模态之间的相互影响，一般经验上要考虑1.5倍的安全因子，即排气系统的第1阶模态频率超过200Hz。
显然目前排气系统的结构有产生共振的风险，需要对其结构进行优化设计，提高系统的整体刚度，图2排气系统有限元模型（b）第6阶振型图3排气系统第1阶和第6阶振型（a）第1阶振型何辅助支撑。
根据排气系统与发动机的相对位置及周边边对该排气系统支架结构进行重新设计。
将支架设计为铸造件，材料为球铁，厚度为8mm。
具体结构如图对优化后的排气系统模型再次重新进行模态分析，界条件与原始模型仿真保持一致，仿真结果如表3所示。
对比模型优化前后的仿真结果来看，优化后的第1模态频率为273.55Hz，远远超过发动机最大激励频率且超过1.5倍最大激励频率，有效避开了发动机从怠速到最高转速的频率范围，满足排气系统设计要求。
Ansys workbench有限元分析软件对某乘用车排气系统进行了模态分析，得到了系统的固有频率，并与计算出的发动机最大激励频率比较，为避开发动机的激励频对排气系统的结构进行优化设计，再次计算的结果表图4优化后的排气系统模型优化后的支架。
基于有限元分析的发动机排气歧管优化设计的开题报告
基于有限元分析的发动机排气歧管优化设计的开题报告一、选题背景在现代汽车工业中，发动机排气系统的设计是非常重要的一环，排气系统的优化设计可以提高发动机的输出功率、降低燃油消耗，并且还可以控制发动机的废气排放。
而在发动机排气系统中，排气歧管的作用是将多个汽缸的废气引导到一个出口处，以此提高发动机的功率和扭矩。
因此，排气歧管的优化设计对发动机性能的提升具有非常重要的作用。
目前，大多数汽车制造商都采用有限元分析技术对发动机排气系统进行优化。
有限元分析是一种计算机仿真技术，它可以分析结构的受力变形情况，进而优化设计结构。
而在发动机排气系统中，有限元分析可以用来研究排气歧管的结构和形状，以此优化其气动性能。
二、研究目的本研究旨在开展基于有限元分析的发动机排气歧管优化设计，具体研究目的如下：1. 掌握有限元分析技术的原理和基本方法。
2. 分析排气歧管的气动特性，并进行优化设计。
3. 验证优化后的排气歧管性能是否得到了提升。
三、研究内容1. 研究液压阀的工作原理和基本结构，分析排气歧管的气动特性。
2. 建立排气歧管的有限元模型，进行初始设计。
3. 通过有限元分析软件对排气歧管的结构进行优化，得到优化后的结构参数。
4. 进行实验验证，验证优化后的排气歧管性能是否得到了提升。
四、研究方法本研究采用以下研究方法：1. 文献资料法：通过查阅相关文献，了解排气歧管的研究现状，分析其气动特性和流场特性。
2. 数值分析法：采用有限元分析软件对排气歧管进行建模和优化设计，预测其气动性能和流场特性。
3. 实验方法：通过实验验证，验证优化后的排气歧管性能是否得到了提升。
五、预期结果本研究预期结果如下：1. 研究有限元分析技术的原理和基本方法，掌握其在排气歧管优化设计中的应用。
2. 对排气歧管的气动特性进行分析，得出初步设计方案。
3. 建立排气歧管的有限元模型，并通过有限元分析软件对其进行优化设计。
4. 验证优化后的排气歧管性能是否得到了提升，提出进一步改进的建议。
某汽车排气系统的有限元分析
Internal Combustion Engine & Parts某汽车排气系统的有限元分析王雷(一汽-大众汽车有限公司佛山分公司，佛山528237 )摘要：首先建立排气系统的三维数模，然后根据需要进行网格划分，通过有限元的方法对某汽车排气系统进行流场和振动特性分 析，探索其尾气处理效率和在振动条件下的耐久性。
关键词：排气系统;有限元;流场；耐久性0引言汽车排气系统在尾气处理方面起到了不可代替的作 用，与发动机直接相连的岐管和催化器是排气系统中相对 独立的重要组成部分，也是本文的研究对象。
排气系统的 流场均匀性直接影响到尾气的处理效率。
另外排气系统受 到发动机激励的极大影响，其振动特性也直接影响耐久 性。
本文利用有限元仿真，通过流场分析和模态分析，探索 其流场均匀性和振动耐久性。
1建立几何模型首先通过测量，利用三维建模Catia软件，建立排气系 统的三维数模，如图1，包括排气歧管罩和支撑结构。
图1排气系统总成三维数模2划分三维有限元网格采用HyperMesh软件，进行有限元分析预处理，即对 壳体机构和流过的废气进行有限元网格划分。
只保留与尾气接触的壁面，进行二维网格划分，然后 自动生成流体网格模型。
对催化器部分，忽略内部的载体 和垫层，只留取管壁，生成管壁三维网格数模，如图2。
图2流体与管壁有限元三维网格数模3参数设定3.1出入口边界将废气看作理想气体，入口速度均匀分布，为10m/s，进气温度为860益，出口处压力为22MPa。
3.2管壁管壁设为光滑、非渗透性，没有滑移，壁面散热系数为 11000W/s*m2，外界温度为25益。
管壁材料弹性模量E= 2.1GPa，泊松比滋=0.3,材料密度p=7.85g/cm3。
作者简介：王雷（1986-),男，山东金乡人，研究生，毕业于重庆大学，研究方向为汽车振动。
3.3催化器载体蜂窝载体是由许多大小相同的方形管道组成，管道的直径远小于载体的直径，故可把载体设成多孔介质模型。
乘用车排气系统NVH分析及优化
乘用车排气系统NVH分析及优化【摘要】排气器噪声是汽车中最主要的噪声源。
它的噪声要发动机整机噪声高10-15dB。
排气噪声主要形成原因是：排气系统各零部件工作时候的机械噪声，车身振动通过吊耳传递到排气管道的振动噪声，废气对管道内壁的冲击噪声，排气基频噪声，尾管紊流噪声，管道内气体共振噪以及辐射噪声等。
【关键词】排气系统；振动；噪声；模态；不平度一、前言噪声对人体健康有不良影响。
人在较强的噪声（90dB以上）环境中会感到刺耳难受，久了就会发生听觉迟钝，甚至导致噪声性耳聋。
如果乘用车的噪音超出人体接受范围，驾驶员长时间驾驶会严重影响行车安全，对乘客的舒适性也有一定影响。
所以对NVH的控制也就成为乘用车研发中重要的性能目标之一。
排气器噪声是汽车中最主要的噪声源。
它的噪声要发动机整机噪声高10-15dB。
排气噪声主要形成原因是：排气系统各零部件工作时候的机械噪声，车身振动通过吊耳传递到排气管道的振动噪声，废气对管道内壁的冲击噪声，排气基频噪声，尾管紊流噪声，管道内气体共振噪以及辐射噪声等。
二、模态分析的基本原理实验模态分析主要原理是：给予结构中某一点j一个激励jF，则在整个结构的各点都应产生不同的振动响应。
若i点的振动响应为位移Xi，则它们的比值即为Hij=Xi/Fj即为i，j两点之间的传递函数。
传递函数是结构固有的动态特性，反映了结构受外力作用时的动态响应。
为了区别于自动控制理论中关于传递函数的定义，称之为频响函数，通常用Hij（ω）=Xi/Fj，由于线性系统的互易性，应有Hij=Hji。
在p点激励、l点响应的频率响应函数为：令，Yr称为r阶模态导纳，上式可进一步变换形式如下：可见，[H]中的任一行，即包含所有模态参数，而该行的第r阶模态频响函数值之比值，即为第r阶模态振型。
由此可得：如果在结构上的某一固定点i点拾振，而轮流地激励所有的点，即可求得[H]中的一行。
这一行频响函数即可包含进行模态分析所需要的全部信息。
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。
基于有限元的某汽车排气系统模态分析及悬挂点的优化
基于有限元的某汽车排气系统模态分析及悬挂点的优化郭深深;王云英;乔海周【摘要】In order to reduce the impact of exhaust system vibration on vehicle NVH performance at the early stage of a vehicle design, finite element analysis is used to perform finite modeling and vibration modal analysis on a vehicle's exhaust system. Furthermore, a method called average driving DOF displacement (ADDOFD) is used to optimize hanging locations. The result suggests that the ADDOFD method is an effective method for determining hanging locations of exhaust system in the early stage of a vehicle design. Therefore, the simulation analysis presented in this paper could save both time and cost in developing a new vehicle.%在整车开发前期，为了尽可能减小排气系统悬挂点位置对整车NVH性能的影响，采用有限元分析的方法对某汽车排气系统的振动模态进行分析，同时利用平均驱动自由度法（ADDOFD）对系统悬挂点位置进行优化。
研究结果显示：在汽车开发前期，采用ADDOFD法进行排气系统悬挂点位置的优化布置是有必要的。
ap-007发动机排气制动阀支架的频率优化设计_曾金铃
发动机排气制动阀支架的频率优化设计曾金玲（一汽技术中心，长春 130011）摘要：拓扑优化技术作为结构优化设计中最热门的方法，已成功应用于求解结构的刚度最大化优化问题。
在结构动态分析方面，频率拓扑优化设计在理论上的研究已经较为成熟，但由于工程问题的复杂性，动态拓扑优化技术仍较少应用于实际工程分析。
以某发动机排气制动阀支架为例，阐述了动态拓扑优化技术在工程上的应用。
该支架在使用过程中由于共振产生断裂，根据有限元分析和模态分析结果，建立合理的拓扑优化模型，加以工艺制造约束和模态追踪控制，在保证结构质量不增加的前提下，利用拓扑优化技术实现了发动机排气系统固有频率的优化设计。
优化后的支架不仅可以避开原系统的共振区域，降低支架重量，而且可以简化支架的加工工艺，一方面降低了生产成本，另一方面还减少了冲压过程中形成弯角褶皱的风险。
关键词：优化设计 拓扑优化 固有频率 发动机 支架前言由于设计变量类型的不同，结构优化设计可以分为由易到难的四个不同层次：尺寸优化、形状优化、形貌优化和拓扑布局优化。
目前尺寸优化的理论和方法已比较成熟，拓扑优化理论和算法还处于有待完善的阶段。
但是在工程应用中，拓扑优化可以提供概念性设计方案，取得的经济效益比尺寸优化、形状优化更大，因此，拓扑优化技术对工程设计人员更具吸引力，已经成为当今结构优化设计研究的一个热点。
与尺寸优化和形状优化相比，很少有人研究振动结构的拓扑优化设计。
这是因为，设计人员在零部件的初始设计阶段没有任何的几何信息（包括结构形状、尺寸等），却要在指定的初始条件和设计区域内，输出结构的拓扑形状，并控制系统的固有频率，使其远离共振区，这是相当困难的工作。
众所周知，最早、最重要的拓扑优化研究起始于1904的Michell []1桁架理论。
经过将近一个世纪的空白之后，Prager 和Rozvany []2，Zhou 等[]4,3将Michell 桁架理论发展为通用的拓扑布局优化理论。
汽车排气系统的CAE分析与优化设计
汽车排气系统的CAE分析与优化设计张正华;程利辉;杨书建;刘炳寅【摘要】给出汽车排气系统对车身振动、车辆噪声等性能的影响因子,建立某柴油汽车排气系统的三维模型,并利用该模型用CAE软件对该汽车排气系统设计过程中出现的断裂情况进行模拟,利用有限元法对排气系统结构进行分析,找出事故原因,并对关键结构进行优化,最后通过实车耐久试验对优化方案进行了验证.该方法为汽车排气系统设计过程中CAE工具的应用提供了参考.【期刊名称】《汽车零部件》【年(卷),期】2016(000)007【总页数】4页(P47-50)【关键词】汽车排气系统;断裂;CAE分析;优化【作者】张正华;程利辉;杨书建;刘炳寅【作者单位】河南交通职业技术学院,河南郑州450005;郑州日产汽车有限公司,河南郑州450016;郑州日产汽车有限公司,河南郑州450016;郑州日产汽车有限公司,河南郑州450016【正文语种】中文【中图分类】U463;U464.134+.4利用CAE工具对汽车进行辅助设计得到了广泛应用,涵盖了汽车设计和制造的各个环节,包括汽车的设计校核、整车实体造型、车身的三维设计、汽车零部件的数控加工、整车的振动和疲劳分析、以计算机仿真技术代替实车测试和破坏性碰撞试验等。
CAE技术在汽车产品优化设计过程中的作用集中体现在以下3个方面：(1)CAE技术极大地缩短了汽车的设计周期，在建模和分析过程中采用实体造型和参数化，为模型和参数的修改提供了便利，最终大大缩短了确定合理结构参数所需的时间。
(2)节省开发成本。
在汽车设计过程中，使用CAE工具对整车及相关零部件的各种性能进行分析的费用远远低于道路实车试验和室内台架试验所需的费用。
(3)采用CAE软件对整车和零部件进行优化，有利于开发出性能更为优越的汽车和零部件。
当然，从实际应用的情况来说，要想充分发挥CAE的作用，需要依赖于两个重要条件：一是需要熟练掌握CAE技术；另一个是要提供最基本的实验数据和相关数据库。
小型汽车排气系统的结构优化设计论文
摘要近年来，随着我国对环保问题的重视，以及人们对汽车不仅仅是代步，还要满足对其舒适性和安全性较高的要求，所以对整车的NVH性能有着重要影响的排气系统受到了高度的关注。
本文针对排气系统的振动传递问题为研究对象，利用有限元软件建立排气系统的有限元模型，采用Abaqus求解器对其进行有限元分析，计算得出了排气系统在各阶模态下的固有频率及振型，在其基础上，研究一定频率范围内，对排气系统的振幅影响的主要原因。
然后通过改变吊耳的悬挂位置得出对模态的影响，计算得出合理的挂钩吊耳的悬挂位置，确定排气系统挂钩吊耳的最优位置，减小最大振幅，实现对排气系统的优化。
本文研究对汽车排气系统的合理优化设计化具有一定的帮助。
关键词：排气系统，有限元法，模态分析，优化设计РезюмеВ последние годы по мере того, как наша страна уделяет большое внимание вопросам охраны окружающей среды, а также по мере того, как люди воспринимают автомобили не только как пешеходные, но и как удовлетворяющие требованиям их комфорта и безопасности, боьшое внимание уделяется системам выхлопных газов, которые оказывают существенное влияние на производительность автомобилей в целом.Данный документ, посвященный проблеме переноса вибраций всистеме выхлопных газов, является предметом исследования, с ограниченным программным обеспечением для создания ограниченной модели системы выхлопных газов, с помощью решения Abaqus для его ограниченного мета - анализа, вычисления для получения внутренней частоты и типов колебаний системы выхлопных газов в различных модульных условиях, на основе которого исследовать диапазон частот, основные причины влияния амплитуды на систему выхлопных газов.Затем, измените положение подвески подвески подвески подвески для получения модульного эффекта, вычислите разумное положение подвески подвески подвески подвески, определить оптимальное положение подвески подвески подвески выхлопной системы, уменьшить максимальную амплитуду и оптимизировать систему выхлопных газов.Данное исследование имеет определенную помощь в рационализации и оптимизации системы выхлопа автомобилей дизайн.ключевые слова: система выпуска, метод конечных элементов, модульный анализ, оптимизация дизайна目录前言 (1)1.1 研究目的及意义 (1)1.2 研究内容及方法 (1)1.3 国内外研究现状 (2)2. 排气系统的组成及相关理论概述 (4)2.1 排气系统的结构组成 (4)2.2 相关理论基础概述 (6)3. 排气系统模态求解分析 (8)3.1 排气系统模态要求 (8)3.2 排气系统有限元模型建立 (12)3.3 排气系统有限元模态求解 (12)3.4排气系统模态求解结果与分析 . (14)3.5排气系统结构优化 . (15)3.6 排气系统优化后有限元模型 (16)3.7排气系统优化模态求解结果与分析 (17)3.8本章小结. (18)结论 (19)致谢 (20)参考文献 (21)前言1.1 研究目的及意义近年来,随着我国经济的高速发展，汽车已经走进了千家万户。
汽车发动机排气处理系统优化设计
汽车发动机排气处理系统优化设计近年来，随着环保意识的提升和环境污染程度的加剧，汽车排气处理系统的优化设计已成为汽车制造商和工程师们的重要课题。
汽车发动机排气处理系统包括废气净化装置和尾气处理装置，其优化设计可以有效减少尾气排放和提升发动机性能。
本文将探讨汽车发动机排气处理系统优化设计的几个关键点。
首先，废气净化装置是汽车发动机排气处理系统的核心组成部分。
它的优化设计主要包括两个方面：一是减少排放物的生成，二是提高排放物的净化效率。
为了实现这个目标，可以采用的技术手段包括废气再循环、催化剂和颗粒捕集过滤器等。
废气再循环技术通过将部分废气重新引入燃烧室，降低燃烧温度，减少氮氧化物的生成。
催化剂则通过化学反应将有害物质转化为无害物质，例如将一氧化碳转化为二氧化碳。
同时，颗粒捕集过滤器可以有效捕集柴油发动机产生的颗粒物，减少其对环境的污染。
其次，尾气处理装置的优化设计也是非常重要的。
尾气处理装置主要包括催化转化器和颗粒捕集过滤器等。
催化转化器通过化学反应将有害气体转化为无害气体，例如将一氧化碳和氮氧化物转化为二氧化碳和氮气。
而颗粒捕集过滤器可以捕集尾气中的固体颗粒物，减少其对空气质量的负面影响。
为了实现尾气处理装置的优化设计，可以采用新型材料和结构设计。
例如，使用高活性的催化剂，增加催化反应的效率；采用多通道的颗粒捕集过滤器，提高颗粒物的捕集效率。
此外，优化发动机的工作循环参数也是汽车发动机排气处理系统优化设计的重要方面。
通过调整燃烧室的进气、压缩、燃烧和排气过程，可以减少有害排放物的生成和提高发动机的燃烧效率。
例如，采用直喷技术可以实现燃油的精确喷射和混合气的均匀分布，减少氮氧化物的生成。
此外，排气压力和排气温度的控制也是非常重要的，可以通过增加涡轮增压器的效率和优化冷却系统来实现。
最后，新能源汽车的兴起也对发动机排气处理系统的优化设计提出了新要求。
新能源汽车的排气处理系统主要是针对电动车辆和燃料电池车辆而言。
汽车发动机的排气系统优化方法
汽车发动机的排气系统优化方法汽车发动机的排气系统对于车辆的性能、燃油经济性和环保表现都有着至关重要的影响。
一个优化良好的排气系统不仅能够提升发动机的功率输出，还能降低尾气排放，使车辆更加节能环保。
在这篇文章中，我们将探讨一些汽车发动机排气系统的优化方法。
首先，我们来了解一下排气系统的基本组成部分。
排气系统通常包括排气歧管、排气管、催化转化器、消声器等组件。
排气歧管负责收集各个气缸排出的废气，并将其引导至排气管；排气管将废气输送至后续的处理装置；催化转化器用于净化废气中的有害物质；消声器则主要起到降低排气噪声的作用。
要优化排气系统，一个关键的方面是改进排气歧管的设计。
排气歧管的形状和长度会影响废气的流动速度和压力。
合理设计的排气歧管能够减少排气阻力，提高废气排放的顺畅性。
例如，采用等长排气歧管可以使各气缸的排气脉冲更加均匀，从而提高发动机的充气效率和动力性能。
此外，通过优化歧管的管径和弯曲程度，也能降低气流的摩擦损失。
排气管的直径和材质选择也是优化的重要环节。
较大直径的排气管可以降低排气背压，但过大的管径可能会导致低速时扭矩的损失。
因此，需要根据发动机的特性和使用场景来选择合适的管径。
在材质方面，不锈钢等高性能材料具有良好的耐腐蚀性和导热性，能够提高排气系统的使用寿命和性能。
催化转化器的优化对于尾气净化效果至关重要。
新型的催化转化器技术能够更高效地将有害气体转化为无害物质。
例如，采用更先进的催化剂配方和增加催化涂层的表面积，可以提高转化效率。
同时，优化催化转化器的安装位置和气流分布，有助于确保废气与催化剂充分接触，提高净化效果。
消声器的设计既要考虑降噪效果，又要尽量减少对排气性能的影响。
通过采用复杂的内部结构和吸音材料，可以有效地降低排气噪声。
然而，过度的消声处理可能会增加排气阻力，因此需要在降噪和性能之间找到平衡。
一些高性能的排气系统会采用可调节的消声器，以满足不同驾驶条件下的需求。
除了硬件方面的改进，排气系统的软件控制也不容忽视。
汽车排气系统的CAE分析与优化设计方法探讨
Internal Combustion Engine &Parts0引言在汽车辅助设计中引入CAE 工具的这一现象已经得到了广泛应用，包含了汽车设计与制造的每一环节，CAE 技术在汽车设计过程中体现的主要价值有以下几个方面：①缩短了汽车设计的周期。
在汽车开发过程中，借助CAE 工具可以有效缩短设计周期，并且在构建模型和探究过程中使用实体模型和参数化，以便快速修改模型和参数，从而进一步缩短了模型设计和结构参数的应用时间。
②节省研发成本。
CAE 工具可以有效节约汽车研发成本，将CAE 工具与汽车设计有机结合，对汽车的整体零部件的多种性能进行分析的成本要明显低于道路实车试验的成本。
③优化汽车整体零部件的性能。
利用CAE 工具，有效改善了汽车整体零部件的综合性能指标，有利于研发出更为优越性能的汽车零部件。
但是，在实际的运用过程中，要想将CAE 工具的利用价值发挥到极致，就要满足以下条件：首先要熟练掌握CAE 技术，其次要有最基础的实验数据和有关实验数据的数据库，所谓的实验数据就是指道路状况、多种材料的力学特征等，实验数据库就———————————————————————作者简介:牛兴坤（1986-），男，河北衡水人，硕士研究生，研究方向为排气系统NVH 。
汽车排气系统的CAE 分析与优化设计方法探讨牛兴坤（众泰汽车工程研究院，杭州310018）摘要:本文主要针对汽车排气系统对车身噪音及振动方面的影响进行分析研究,搭建汽车排气系统的三维空间模型,并借助CAE 制图软件模仿在汽车排气系统设计中出现的断裂情况,且使用有限元法研究汽车排气系统的内部结构,找出发生事故的原因并加以优化改进,此方法对汽车的排气系统设计中CAE 软件的运用奠定了基础。
关键词:汽车排气系统;断裂;CAE 分析;优化3.2原因分析①针对以上出现的问题，我们首先从机械出动效率方面入手，此拧紧轴使用电机为西门子400W 伺服，最大堵转扭矩为3.8N ·m ，减速机速比为i=4×6=24，考虑效率损失输出扭矩为T=3.8×24×0.8=72.96N ·m 。
汽车技术排气系统优化方法
汽车技术排气系统优化方法在汽车行业中，排气系统是一个非常重要的组成部分。
优化排气系统不仅可以提高发动机性能，还可以降低废气排放。
本文将介绍几种汽车技术排气系统优化方法。
首先，减轻排气管的阻力是提高排气系统性能的关键。
通过合理设计排气管的长度、直径和形状，可以减少阻力，提升废气的流动性能。
此外，在选择排气管材料时，要选择轻质、耐高温、耐腐蚀的材质，以提高性能和耐久性。
其次，采用涡轮增压技术也是优化排气系统的一种方法。
涡轮增压可以提高发动机的进气量和压力，从而增加燃烧室内的氧气含量，提高燃烧效率和动力输出。
与传统自然吸气发动机相比，涡轮增压发动机具有更高的功率输出和燃油经济性。
另外，采用可变气门正时技术也可以优化排气系统。
可变气门正时技术可以调整气门的开启和关闭时间，以适应不同运行条件下发动机的需要。
通过精确控制气门的正时，可以最大限度地提高燃烧室的充气效率和废气排放性能。
此外，使用高效的废气涡轮增压器（Waste Gate）也是优化排气系统的一种方法。
废气涡轮增压器可以收集发动机排出的废气并将其压缩，然后再送回到燃烧室中供给燃烧。
通过循环利用废气能量，可以提高发动机的燃烧效率，减少废气排放。
此外，采用陶瓷材料制造排气管也是一种优化排气系统的方法。
陶瓷具有优异的耐高温特性，可以减少排气管在高温工况下的膨胀和变形，从而减少噪音和震动。
同时，陶瓷排气管的热传导性能也更好，可以提高废气的排放速度和热量释放，减少温度的堆积。
除了上述方法外，优化排气系统还可以采用其他措施，例如增加排气阀的数量，改进催化转化器的设计等。
这些方法都可以进一步提高发动机的性能和燃油经济性。
总之，汽车技术排气系统的优化对于提高发动机性能和降低废气排放非常重要。
在设计和选择排气系统时，要充分考虑排气管的阻力，采用涡轮增压、可变气门正时等技术，使用高效的废气涡轮增压器，选择合适的材料等。
通过多种方法的综合应用，可以实现排气系统的最佳优化效果。
汽车排气系统的三维设计和有限元分析_张光慧
图 ２ 消声器的内部结构图
轻型汽车技术 2012（4）总 272
排气系统看似只是简单的管道，实际设计中不 仅要考虑到特定的底盘布置，同时排气系统的长 度、管径大小、消声器的大小等，还要考虑到排气气 体的流动特性，防止背压过大，增加功率损失。因此 排气系统设计是车辆设计的重要一环。
１．１ 排气系统设计与布置 日益严格的排放法规和人类环境意识的增强 对汽车节能净化提出了高标准的要求，而排气系统 作为现代内燃机动力车辆的一个重要组成，其性能 直接决定了发动机压力损失以及污染物和气动噪 声的排放量，因此如何对排气系统进行有效的设 计，如何使其与发动机合理匹配等，就成为现代汽 车节能与净化的关键技术之一。 在该排气系统的设计中，由于发动机的布置原 因，导致发动机的排气口是水平方向，所以与发动 机排气口相连接的排气管必须也设计成水平方向， 由于该型车的车架悬挂点不足，所以在放置消声器 时只能悬挂在特定的几个地方，而发动机的排气孔 又是水平方向的，这就必然导致排气管通过弯曲的 方式来满足排气系统布置上的要求。但是为了保证 排气管中气体流动顺畅，排气管的弯曲幅度不宜太 大，而且太大容易导致弯曲处外侧比较薄弱，容易 发生断裂现象，所以一般弯曲角度必须大于 ９０ 度，
为了降低发动机排放对环境和乘员造成的不良 影响，排气系统作为一个重要的组成部分被引入到 车辆中来。它的主要作用是将发动机工作时产生的 废气经过处理排出并且降低排气噪声。它的质量的 优劣直接关系到车辆的动力性、舒适性和排放标准， 另外，它对发动机的效率和使用寿命也会产生影响。
所以排气系统甚至是评价整车性能的一个标 准。而排气系统的寿命与许多因素有关，比如：路面 激励、车速、悬架系统、自身设计、发动机振动等，这
技术纵横
９
①排气管的建模 ②消声器的建模 ③排气系统的装配 ２．１ 排气管的建模 排气系统除排气组件外，大部分都是由排气管 组成。排气管管壁较薄只有 ２．５ｍ ｍ ，为了满足排气系 统的布置要求和降低气体流速的需要，一般排气管 都是呈弯曲状。 ２．２ 消声器的建模 消声器是排气系统的重要组件，用来将发动机 的排气噪声降到可以接受的等级，通常位于排气系 统的中部和后部。消声器内部结构复杂，一般由消 声腔、进气管、排气管、穿孔板、穿孔管等组成。由消 声器内部结构图可知，消声器的进气管和排气管均 不在消声器中心线上，所以这里我们采用消声器 壳、穿孔板、进气穿孔管和排气穿孔管分开建模的 方法，最后，通过装配图使其装配成消声器，这种拆 分式建模法对内部结构较为复杂的模型比较适用， 这样不仅可以对每个零部件进行单独编辑而互不 影响，而且也比较符合实际情况。 ２．３ 排气系统的装配 排气系统由消声器和排气管组成，通过螺栓连 接起来，在排气系统的装配之前，我们需要创建一 个垫片，防止气体在排放的过程中出现漏气现象。在 装配过程中所用到的螺栓和螺母由于均为标准规 格，所以可以在 Ｕ Ｇ Ｎ Ｘ ６．０ 的标准零件库中调用。 至此，排气系统的建模过程全部完成。由上面 整个排气系统的建模过程，我们可以知道，对于一 个较为复杂的零件来说，我们要建立它的模型并不 是那么简单，需要考虑的地方还是比较多的，而且 在整个建模过程中，我们并没有对该模型添加任何 物理特性，比如：弹性模量、刚度、密度等，而且观察 装配图不难发现，图中排气管与消声器是用 Ｍ １０ 螺 栓连接的，而我们并没有对螺栓施加预紧力，所以
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（Ｊｉｎｇｌｉｎｇ
Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ
ｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｎａｎｊｉｎｇ ２１１１６９，Ｃｈｉｎａ）
； 【摘要】排气系统的振动必然会引起汽车整车的振动和噪声，从而影响汽车的整车性能，特剐是 ｝在汽车乘坐舒适Ｉ｝生方面表现得尤为严重。利用ＳｏｌｉｄＷｏｒｋｓ工具建立排气系统的简化模型，对其进行赣 ｌ率有限元分析，研究在一定频率范围内，影响振幅和噪音的主要因素，通过改变排气系统挂钩吊耳的悬 ｝桂位置，减小排气系统的最大振幅，实现对排气系统进行优化设计。根据计算分析得出减小排气系统振 ｌ动的优化方案，确定排气系统挂钩吊耳的最佳安装位置，为汽车排气系统或其他零件的设计和安蓑提
学．２００６：２７—２８．
［５】徐献刚．李松波．某轿车排７（系统振动特性仿真及优化［Ｊ！．机械与电
子．２００８（３）：２２—２４．
【６］邢索芳．王现荣．发动机排气系统振动分析［Ｊ】．河北丁业大学学报．
２００５（５）：３５—３８．
图１ １优化后的频率有限元分析
［７］刘敬平．邓帮林．某轿车排气系统振动分析［Ｊ］．振动与冲击．２０１“８）：
［９ Ｊ赵海澜．顾彦．汽车排气系统悬挂点优化［Ｊ］ｉ｝算机辅助工程．２００６
（１）：２ｌ一２３．
［１０］ＰｅｓｔｅｒｅｖＡＶ．Ｂｅｒｇｍａｎｌ．Ａ．Ｒｅｓｐｏｎｓｅｏｆａｎｏｎｃｏｎｓｅｉ＇，－ｖａｔｉｖｅｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓｓｙ— ｓｔｅｍｔｏａｍｏｖｉｎｇｅｏｎｃｅｎｔｒａｔｅｄｌｏａｄ［Ｊ］Ｊ．ＡｐｐＬＭｅｃｈ．１９９８（６５）：４３６－４４４．
由表２和图１２可知．优化后的最大振幅位移由原来的 ３．５２８ｃｍ降低列１．７０ｅｍ以下，呵见优化后的最大振幅数值明硅
４优化设计
优化思路：在变形较大的位置添加吊耳．振动振幅会减小刚０１。 所以在消爵器前端和消爵器ｊ毫端各添加－一个吊耳．如图１０所尔。
下降，降幅达５０．４％，从而使整体排气系统的振动和噪声都会相
万方数据
６０
智淑亚等：汽车排气系统频率有限元分析及优化设计
第１０期
排出车外的重要零件。整个排气系统Ｔ作效率的高低取决于排气 歧管的设计，对排气歧管的长度、弧度和Ｌｊ径要求非常严格。 国内排气歧管一般为蠕墨铸铁制造，ｆ｝１于排气歧管是形状 较复杂的薄壁铸件，常采用砂型铸造，也可采用消失模铸造Ｉ！Ｉ。 建模的基础数据为排气歧管进ｕ尺寸ｑｂ５０ｍｍ。排气歧管尾 部的固定螺栓孑Ｌ肉对排气系统的频率有限冗分析影响很小，故省
万方数据
图４排气系统装配模型
图８位移网比较
３排气系统频率的有限元分析
３．１排气系统的网格化
排气系统结构、各零部件材料、制造工艺、整体质量等都会 影响排气系统的振动ｆ６｜。实践证明，连接车身和排气系统的吊耳是 控制振动的关键所在川。吊耳作为排气系统的承重与隔振部件。起 着悬挂排气系统，且具有把来自排气系统的激励与车身隔离的作 用。吊耳的材料、结构和振动特性参数对排气系统振动的影响较 大同。首先分析不同丁况即不同频率下排气系统的振幅大小。用 ＳｏｌｉｄＷｏｒｋｓ对排气系统进行网格划分，网格划分后，通过算例显
略。
示网格化的排气系统模型．如｜刳５所尔。（模型所示箭头表示施加 于排气系统各部分且等同于该部分蚕力的外载倚，排气歧管右端 绿色区域表示被夹具同定）。
排气尾管的功用是收集消音器巾的废气并排｝ｆ｛车外。现代 轿车排气尾管常镀铬以增加美观性㈤。 排气歧管的ｉ维简化模型．如图２所示，排气尾管简化模 型．如图３所示，装配成完整的排气系统，如图４所示。
ｌ ２
ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉ。ｎ ｓｃｈｅｍｅ
６ｅ ｒｅ以如ｅｄ ｂｙ ｒｅｄｕｃｉｎｇ ｔｈｅ ｅｘｈａｕｓｔ ｓｙｓｔｅｍ舻ｉｂｒａｔｉｏｎ ａｎｄ
ｔｈｅ ｂｅｓｔ ｈａｎｇｉｎｇ ｐｏｓｉｔｉｏｎ
ｏｆｌｕｇｓ ｆｏｒ
ｔｈｅ ｅｘｈａｕｓｔ ｓｙｓｔｅｍ，ａｎｄ ｐｒｏｖｉｄｉｎｇ
；ｉｎｓ￡亩ｌａｔｗｎ
应降低。５ຫໍສະໝຸດ 束语论述了汽车排气系统的振动问题，对汽Ｉ：排气系统共振频 率进行了有限冗分析．提ｆｌｊ减少振动的优化办法，得ｊ｛｛了通过改
然后冉进行频率有限Ｊｉ分析，将得｝１１的各项数据与优化Ｉｊ仃的数据
进行对比．以确定吊ｌ干安装的最佳位骨．
变排气系统挂钩吊耳安装位置减少排气系统振动的优化方案：如 果对吊耳位髓再进行细致调整．对吊耳的弹性约束大小进行精确 计算．优化结果将会更好．这‘Ｅ仅仅提供这种研究方法、虽然汽车 排气系统往１：作过程中的振动是不可避免的．但利用仿真分析和 优化设计等现代设计技术和方法．可以使振动达到最小，噪音最 低，提高乘唑汽车的舒适度。、同时．也为减小汽车系统或其他零部
Ｋｅｙ
ｏｆ ｚｈｅ ｅ戈ｈａｎｓｔ
ｓ弘抛ｍ。ｒ。ｔｈｅｒ ｐａｒｔ豇 Ｅｌｅｍｅｎｔ
Ｗｏｒｄｓ：ＳｏｌｉｄＷｏｒｋｓ；Ｅｘｈａｕｓｔ Ｓｙｓｔｅｍ；Ｆｉｎｉｔｅ
Ａｍｌｙｓｉｓ；ｏＩ岫蛾脚
中图分类号：ＴＨｌ６；Ｖ４６３．１３４＋．４文献标识码：Ａ
１前言
汽车排气系统一般通过法兰吊耳与发动机排气歧管及车身 底板相连接。在汽车行驶中，排气系统由于受到发动机振动和排 气激励的影响会产生较大的振动，而振动能量通过橡胶吊耳和挂 钩传递给车身底板，引起车身振动并产生车内噪声【１１。因此如何降 低排气系统传递给车身底板的振动能量，减少车身的振动及噪声 水平，是排气系统设计时需要重点关注的问题ｐ。 通过数值模型和试验模态分析来优化排气系统的结构及选定 排气系统挂钩吊耳的最佳悬挂位置是现代机械设计的有效方法目。 由于模型结构的复杂性，在采用数值方法分析时，建立准确的数值 分析模型是汽车排气系统优化设计的关键。叙述如何利用 ＳｏｌｉｄＷｏｒｋｓ对排气系统各零部件进行简化建模并装配．然后利用该 软件对排气系统进行频率有限元分析，从而得出吊耳排布方式的各 种数据，并对数据进行分析，确定减小排气系统振动的优化方案。
件的振动问题提供了一种可行的研究思路．
参考文献
阁１０吊耳安装位置
Ｉ］张崦．黄宏成．汽油直接喷射系统排气系统的结掏介绍［Ｊ１．ｓｔｑｅｎｃｅ＆
Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ
在添加吊耳的两他段增加弹性约束，设每处大小均为。按照 前述方法对模型进行有限元分析。分析结果．如图ｌ １所爪。右栏
显示的分析数据中．各片‘阳景大振幅位移．㈣表：昕示
２排气系统的建模
某轿车排气系统结构，如图ｌ所示。在不影响分析结果的前 提下，为使零件建模更简单，需对零件进行简化。
简化后的排气系统主要由排气歧管和捧气尾管组成，其它 部分建模省略。 排气歧管的功用是将引擎各气缸排出的废气汇集到一起再
★来稿刚朝：２０１ｌ—１２—２６★基金项目：金陵科技学院基金资助项Ｉ｜（１ｉｔ—ｎ－２０１１０６）
万方数据
Ｎｏ．１０
０（・ｔ．２０】２
杵例靠休：弹例ｉ 【车ｌ解类州：翱串ｆｔ侈ｌ
机械设计与制造
６ｌ
如图１２所示，网１２中水平啦标为吊耳安装位嚣．竖直坐标为最 大振幅位移。
擞止彤状：ｌ敦俄＝３３．２５２ｔｔｚ 僚体假：０到３．５２９２５ｍ
４．００
３．００ 一 Ｅ
五２．００
算
一 １．００
／。 ∥
／
／
／‘
１．排气歧管２．前摊气管３催化反应器４．剿ｌｌｔｔ４ＣＵ
５．副消音器６．后捧气管７．主消音器＆ｊｐ伲臂
简化原则：尽量减小建模的复杂度。尽量不引起结构嘲度的
改变一。
图ｌ撂气系统结构
简化步骤：（１）将对结构喇度影响较小的附件除去，自重用 外载荷替代；（２）简化复杂结构；（３）简化各零部件之同的焊接关
系。
罔５网格化模刊
３．２共振频率分析
在算例管理器中右击“算例１”，在弹｝｛｛的菜单中选择“运
行”，如图６所示。或单击算例丁具栏Ｉ－的“运行”网标瞄，系统弹
｝｛｛运行进度窗口开始运行分析计算，如图７所示．
图２排气歧管的简化模型
网６选择”运行”
罔３排气尾管的简化模犁
图７算例分析中 系统进行频率分析后，会生成不同Ｔ．况下的振幅分布图解， 这里选择生成的其中４副位移网进行分析．如图８所示。
图巾左上角为模式形状啦移图解．系统从小到大选出４个
不同频率，分别表示４种不同—ｒ．况。右边一栏为分析数据，图中各
零件显示的颜色一一对应色带颜色，振动位移随颜色的变化而变
化，其中顶端红色表示振幅最大，底端蓝色表示振幅最小。 由图８可知，从排气歧管到排气尾管振幅都呈现南小变大 的趋势。以频率为３３．２５Ｈｚ的Ｔ况为例具体分析，在整个排气系 统管长中取间隔相等的７个参考位置，由ＳｏｌｉｄＷｏｒｋｓ中自带的 探测结果可得出振幅位移图，如图９所示。分析该图得到最大振 幅位移数据，如表ｌ所示。
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ｔｈｅ ａｕｔｏｍｏｂｉｌｅ
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ｓｙｓｔｅｍ ｍｏｄｅｌ ｂｙ ｔｈｅ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ
ｐｅ咖ｒｍ帆ｃｅ ｃｏｍｆｏｒｔａｂｌｅｎｅｓｓ ｏｆｃ奶．７‰ ｓｏｆｔｗａｒｅ ｏｆ ｔｈｅ ＳＯＬＩＤＷＯＲＫＳ／ｓ ｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄ．Ｕｓｉｎｇ ｔｈｅ ｆｉｎｉｔｅ ｅｌｅ－
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