模态分析方法在汽车排气系统振动研究中的应用

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1、2015年4月机械设计与制造工程Apr．2015第44卷第4期MachineDesignandManufacturingEnoneefingVo1．44No．4DOI：10．3969／j．issn．2095—509X．2015．04．012模态分析方法在汽车排气系统振动研究中的应用李长玉，王丽(华南理工大学广州学院汽车工程学院，广东广州510800)摘要：汽车排气系统的振动和噪声对汽车舒适性和排气系统寿命都有很大影响。汽车排气系统为多自由度复杂系统，传统方法很难对其振动特性进行分析。为解决此问题，引入了模态分析方法，建立了汽车排气系统精细的有限元模型，对有限元模型进行频率范围在0—15

2、0Hz内的边界约束状态下的模态分析，获得其在150Hz以内的各阶固有频率及其所对应的振型图，并根据结果对该排气系统进行振动特性分析。关键词：排气系统；CATIA；ANSYS；模态分析中图分类号：U464．149文献标志码：A文章编号：2095—509X(2015)04—0049—04作为车辆NVH(振动、噪声和舒适度)的重要构及工作特点，在保持其力学性能不变的情况下，评价指标之一，汽车排气系统的振动与噪声对整车对其结构进行了简化：的舒适性和排气系统各组成部件及悬挂装置的使a．将主、副消声器上边缘的翻边工艺特征忽用寿命都有很大影响。排气系统的主要振源来自略，既有利于简化建模，也有利于在进

3、行有限元模于发动机工作时的振动，因而排气系统的振动是不型建立时降低划分网格的难度。可避免的。排气系统的一端采用法兰与发动机实b．忽略氧传感器的安装孔和两排气管路间连现刚性连接，另一端通过橡胶吊耳与车辆底盘实现接法兰等几何特征。弹性连接，其整体属于复杂的多自由度系统，使用c．假设排气系统整体的壁厚都相等，以便于网传统的振动理论进行分析已很难得出准确的结格的划分。果⋯。因此，本文引入了有限元分析中的模态分本文以某型汽车为例，建立其排气系统模型如析方法来研究排气系统的振动特性。图1所示。首先根据排气系统的实物数据，利用CATIA4号管软件建立合理的简化几何模型，保存为ANSYS能声器够识别的

4、格式并将其导人到该软件中，在经过合理的网格划分过程后生成排气系统的有限元模型；然后对有限元模型进行频率范围在0—150Hz以内的边界约束状态下的模态分析，获得其在150Hz以内的各阶固有频率及其所对应的振型图。通过图1排气系统模型分析各阶振型图的运动状态和其所对应的频率来分析排气系统自身的振动特性。2排气系统模态分析2．1模态分析理论l建立排气系统三维实体模型模态是机械结构的固有特性。弹性系统的每排气装置一般由排气支管、排气管、波纹管、催阶模态都有其固有频率、阻尼比和振型。获取结构化转换器、氧传感器、消声器、排气尾管和悬挂装置的模态参数对评价该结构的动态特性及对其进行等组成。优化设计具

5、有重要意义。结构的模态可以通过试建立排气系统几何模型时，根据排气系统的结验方法取得，称为试验模态分析，也可以通过有限收稿日期：2015一O1—22作者简介：李长玉(198l一)，男，湖北老河口人，华南理工大学广州学院讲师，博士研究生，主要研究方向为汽车振动与噪声控制。·49·2015年第44卷机械设计与制造工程工况。所以研究这2种工况下发动机的激励频率对r／min内有2，3，4阶可能发生共振。为延长排气系排气系统的振动优化具有参考价值。通过查阅该统的寿命，保持其良好的使用性能，应尽量避免发车型的维修手册，得到其发动机的怠速转速为动机的转速长时间停留在可产生共振的转速附近，800r／mi

6、n，经济转速为3000r／min，代人式(1)中求以防止共振现象的发生。得：=26．67Hz(怠速激振频率)，。=100．00Hz(经济车速激振频率)。对照表2可知，参考文献：发动机在怠速与经济转速工况下的激励频率与排[1]鲍恩涛．汽车排气系统动态特性研究[D]．合肥：合肥工业大学。2012．气系统在约束状态下模态分析的固有频率值不相[2]唐文初，邓宝清．汽车构造[M]．广州：华南理工大学出版社，同，并且数值不接近，能够避免共振。第5，6阶固2010．有频率对应的发动机转速超过3600r／min，为发动[3]万茂林，张光慧，杨超云．汽车排气系统的模态分析[J]．天津机运行时不常用转速，

7、影响不大。汽车，20l1(9)：48—50．在汽车发动机常用的转速范围800—3500TheapplieationofmodalanalysismethodinvibrationevaluationofautomotiveexhaustsystemsLIChangyu，WANGLi(GuangzhouInstitute，SchoolofAutomotiveEngineering，SouthChinaUniversityofTechnology，