汽車排氣系統(tǒng)模態(tài)分析

               Modal Analysis of Automotive Exhaust System

                                                             周新  鄭慧淼 王猛 劉艷

                                         (上海天納克排氣系統(tǒng)有限公司研發(fā)中心上海 201814)

 

摘 要:本文以某汽車排氣系統(tǒng)為研究對(duì)象,運(yùn)用 HyperMesh 劃分網(wǎng)格,結(jié)合 OptiStruct 求解器,對(duì)排氣系統(tǒng)的模態(tài)進(jìn)行了分析,并將模態(tài)頻率和振型與試驗(yàn)對(duì)比。分析結(jié)果表明:Altair 公司提供的軟件在排氣系統(tǒng)有限元模型建模以及結(jié)果的求解精度方面具有很好的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞:排氣系統(tǒng) 模態(tài)分析 HyperMesh OptiStruct

Abstract: In this paper, HyperMesh and Optistruct were employed to do modal analysis for an automotive exhaust system, which correlates well with the test result. It is concluded that the finite element software offered by Altair can help significantly in automotive exhaust system modeling and calculation.

Keywords: Exhaust system, modal analysis, HyperMesh, OptiStruct

 

 

1 引言

 

   模態(tài)分析在汽車排氣系統(tǒng)中的應(yīng)用具有廣泛的意義,汽車排氣系統(tǒng)的模態(tài)頻率與模態(tài)振型與整 車的 NVH 特性直接相關(guān)。由于汽車排氣系統(tǒng)結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜,其組成零部件比較多,各部件的建模簡 化以及假設(shè)對(duì)模態(tài)結(jié)果有很大影響。

    本文運(yùn)用 Altair 公司提供的軟件模塊 HyperWorks 對(duì)排氣系統(tǒng)進(jìn)行了建模假設(shè),運(yùn)用 OptiStruct 求解器對(duì)其進(jìn)行了模態(tài)頻率與振型的求解,并與試驗(yàn)進(jìn)行了對(duì)比分析。通過對(duì)比分析表明:軟件提 供了合適的建模方式以及準(zhǔn)確的求解精度。

 

 

2 有限元分析

 

   如圖 1 所示為某汽車排氣系統(tǒng)有限元模型。該排氣系統(tǒng)主要由法蘭、三元催化轉(zhuǎn)化器、撓性節(jié)、消聲器、吊鉤吊耳以及管件等組成。結(jié)合有限元分析假設(shè)理論以及 HyperWorks 軟件中的單元類型,運(yùn)用 HyperMesh 對(duì)其進(jìn)行了網(wǎng)格劃分,其中法蘭與實(shí)心吊鉤運(yùn)用實(shí)體單元進(jìn)行模擬、三元催化轉(zhuǎn)化器以及消聲器殼體、管件等運(yùn)用殼體單元模擬,消聲器中的玻璃纖維以非結(jié)構(gòu)質(zhì)量單元依附與殼體表面,撓性節(jié)與橡膠吊耳為彈性元件,建模中運(yùn)用梁單元或者彈簧單元進(jìn)行模擬。

   由于排氣系統(tǒng)在實(shí)車安裝過程中,進(jìn)氣端通過法蘭岐管與發(fā)動(dòng)機(jī)相連,排氣系統(tǒng)通過吊鉤吊耳與車身底盤相連。故在實(shí)際模擬分析中,將法蘭端與橡膠吊耳與底盤連接端完全固定。

          

                        圖 1 汽車排氣系統(tǒng)部分有限元模型

 

                  

                             

                            表1模態(tài)分析結(jié)果                                                       

   

由表 1 可知 160Hz 頻率范圍內(nèi)有 16 階模態(tài)頻率。

 

3 試驗(yàn)驗(yàn)證

 

   如圖 2 所示為某汽車排氣系統(tǒng)模態(tài)試驗(yàn)裝夾圖,整個(gè)排氣系統(tǒng)通過岐管以及橡膠吊耳與試驗(yàn)夾具進(jìn)行連接 ,在排氣系統(tǒng)上布置了 12 個(gè)加速度傳感器,運(yùn)用 LMS 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng),采用了單點(diǎn)激勵(lì)多點(diǎn)響應(yīng)的方法對(duì)其進(jìn)行了模態(tài)試驗(yàn)。其模態(tài)試驗(yàn)結(jié)果見表 1。由表 1 知,160Hz 范圍內(nèi)測出了 6 階模態(tài),比有限元分析模擬數(shù)據(jù)少,這是因?yàn)榧铀俣葌鞲衅鞯膫€(gè)數(shù)有限,以及與布置的位置有關(guān),增加傳感器個(gè)數(shù)、改變測試點(diǎn)位置,可以增加測試數(shù)據(jù)。由表 1 也可看出,模擬與試驗(yàn)的最大誤差為7.1%,在工程實(shí)際應(yīng)用可接受范圍內(nèi)。

      

                                          圖2模態(tài)試驗(yàn)裝夾圖

                                                        

4 模態(tài)振型

 

   為辨識(shí)計(jì)算模態(tài)與測試模態(tài)是否為同一振型,如圖 3 列出了各測試模態(tài)下的試驗(yàn)與分析對(duì)比圖。

 

                                           圖3 模態(tài)振型比較圖

仿真模擬與試驗(yàn)?zāi)B(tài)振型一致。

 

5 結(jié)論

 

本文以某汽車排氣系統(tǒng)為研究對(duì)象,對(duì)其進(jìn)行了模態(tài)模擬分析與試驗(yàn)對(duì)比,結(jié)果一致。分析表明:HyperMesh與Optistruct在模型簡化建模與求解方面具有好的應(yīng)用。

 

6 參考文獻(xiàn)

 

[1]于開平,周傳月,譚惠豐等. HyperMesh 從入門到精通[M]. 科學(xué)出版社. 2005.