某乘用车排气系统振动性能优化设计

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1、硕士学位论文某乘用车排气系统振动性能优化设计作者姓名蒋苗苗学科专业车辆工程指导教师吴杰副教授所在学院机械与汽车工程学院论文提交日期2015年4月OptimizationDesignofVibrationPerformanceforACertainPassengerCarExhaustSystemADissertationSubmittedfortheDegreeofMasterCandidate：JiangMiaomiaoSupervisor：AssociateProf.WuJieSouthChinaUniversityofTechnologyGu

2、angzhou,China分类号：U464.134学校代号：10561学号：201220101212华南理工大学硕士学位论文某乘用车排气系统振动性能优化设计作者姓名：蒋苗苗指导教师姓名、职称：吴杰、副教授申请学位级别：工学硕士学科专业名称：车辆工程研究方向：车辆设计理论与方法论文提交日期：2015年4月20日论文答辩日期：2015年6月3日学位授予单位：华南理工大学学位授予日期：年月日答辩委员会成员：主席：王振民(教授)委员：汪席文(高工)曲杰(副教授)罗玉涛(教授)吴杰(副教授)华南理工大学学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师

3、的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。作者签名：雜涪洽日期：2015年6月16日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，艮口：研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属华南理工大学。学校有权保存并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许学位论文被查阅（除在保密期内的保密论文外）；学校可以公布学位论文的全部

4、或部分内容，可以允许采用影印、缩印或其它复制手段保存、汇编学位论文。本人电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。本学位论文属于：□保密，在_____年解密后适用本授权书。0不保密，同意在校园网上发布，供校内师生和与学校有共享协议的单位浏览；同意将本人学位论文提交中国学术期刊（光盘版）电子杂志社全文出版编入CNKI《中国知识资源总库》，传播学位论文的全部或部分内容。(请在以上相应方框内打“V”）作者签名：日期：2015年6月16日指导教师签名：日期：2015年6月16日作者联系电话：电子邮箱：联系地址(含邮编）：摘要排气系统是内燃机汽车的重要组成部分，

5、负责降低排气噪声和尾气净化。排气系统一端通过连接法兰与发动机相连，另一端通过橡胶吊耳与车身相连。在发动机的扭矩激励下，排气系统作为中间传递路径通过吊耳将振动传递到车身。过大的吊耳动态载荷作用到车身上，不仅影响车辆的乘坐舒适性，而且会降低吊耳及系统的疲劳寿命。由于当前对于汽车的品质及使用性能有着较高的要求，所以针对排气系统的振动控制有其重要的作用。本文以某乘用车排气系统为研究对象，基于壳单元法建立了排气系统有限元模型。为了验证有限元模型的准确性，利用自由模态实验识别了排气系统的模态参数(固有频率和振型)并与数值模态进行对比。可知，固有频率测试值与计算

6、值的绝对差值控制在5Hz以内，主要阶测试振型与计算振型也基本吻合，证明了排气系统建模方法的正确性。然后考虑动力总成及其悬置的影响，对排气系统初始设计方案进行了静力学分析、动态力频响分析和运动干涉分析。计算结果表明，排气系统五个吊耳的静态预载力不均匀；在发动机起动(激励频率在21Hz左右)阶段，吊耳传到车身的动态力极值较大且均匀性较差，影响乘坐舒适性和吊耳疲劳寿命。针对初始设计出现的问题，对排气系统的隔振性能进行优化。首先应用平均驱动自由度法调整挂钩位置实现系统初步隔振优化，结果表明，初始挂钩位置较为合理。保持初始挂钩位置不变，选择波纹管以及吊耳动刚

7、度作为优化变量，并提出了一种旨在降低吊耳垂向静变形量、预载力标准差、挂钩垂向动态载荷极大值及其标准差的目标函数。利用Isight建立了排气系统动刚度确定性优化(动刚度为确定值)模型。优化后，吊耳传到车身的力显著降低，且车身受力及吊耳预载力分布更加均匀。虽然五个吊耳静变形的最大值略有增加，但总体来说，确定性优化一定程度上改善了乘坐舒适性和吊耳及系统的疲劳耐久性。考虑到实际工程上，吊耳和波纹管动刚度值会受到不确定性因素的影响而在优化设计值附近发生波动，使排气系统优化目标性能和约束变量值存在不稳定性。因此，在确定性优化的基础上对波纹管及吊耳动刚度进行了6

8、Sigma稳健性优化。对比两种优化方法的优化目标和约束变量可知，稳健性优化设计的排气系统动静态性能比确定性优化更I稳健；稳