HyperWorks在汽车排气系统优化中的应用
HyperWorks在汽车行业中的应用- 耐久性分析
HyperWorks在汽车行业中的应用- 耐久性分析
应用HyperWorks进行疲劳分析
当前工业产品的疲劳寿命设计是相当关键，消费者倾向更可靠的设计。
而在产品研发后期的设计更改会导致更高的成本和更大的风险，疲劳仿真技术可以为研发团队在设计前期提供疲劳寿命结果和设计导向。
Altair HyperWorks可使用有限元方法进行载荷预则，强度分析，基于应力-寿命，应变-寿命方法进行疲劳计算。
所有这些都可以在自动化疲劳分析流程里实现。
HyperWorks疲劳解决方案：
∙疲劳分析自动化流程
∙载荷预测
∙建模
∙疲劳分析。
HyperWorks在汽车中的应用- 优化
HyperWorks在汽车中的应用- 优化
HyperWorks: 成功的仿真驱动汽车设计解决方案
在汽车CAE领域，Altair有20多年的经验，是公认的领导者，提供先进的建模、求解和优化工具。
全球绝大部分领先的汽车公司和供应商都使用HyperWorks平台，通过我们的许可证模式将价值最大化。
结构性能分析只是产品研发众多节点中的一步，产品工程师需要提供改进方案，以满足强度、重量、可靠性等要求，而且方案需要在很短的时间内提出。
如此具有挑战性的目标，可以通过使用先进的HyperWorks 平台中创新的优化方法实现。
HyperWorks可以在产品概念和详细设计阶段实施优化，满足产品多学科设计周期。
其中Altair OptiStruct 是屡获殊荣的集成分析和优化工具，可以进行结构各个设计阶段的优化。
Altair HyperStudy是独立于求解器的优化工具，可以进行试验设计，优化，与所有的第三方求解器可集成使用。
通过使用OptiStruct和HyperStudy，工程师可以：
∙更快得到最好的产品，更快实现产品上市
∙构想具有更好性能的创新设计方案
∙降低成本，提高环保性能
∙得到更可靠和稳定的设计，延长产品使用周期
∙在整个设计周期提高设计效率。
李 朕_基于HyperMesh二次开发的排气系统分析
Altair 2009 HyperWorks 技术大会论文集基于 HyperMesh 二次开发的排气系统分析李朕 彭江华 杨国雄上海世科嘉车辆技术研发有限公司-1-Altair 2009 HyperWorks 技术大会论文集基于 HyperMesh 二次开发的排气系统分析李朕 彭江华 杨国雄 （上海世科嘉车辆技术研发有限公司）摘 要：排气系统设计过程中需要同时满足多个设计目标。
本文利用 HyperMesh 建立了某车型排气系统有限元模型， 分析了该排气系统的强度和自由模态， 然后通过频响分析得到了 系统吊挂点力的传递函数。
根据以上三种分析作业流程，利用 Tcl/Tk 语言开发了排气系统 分析标准模块。
关键字： Tcl/Tk，自由模态，强度分析，频率响应分析，HyperMesh Abstract: Exhaust system design need to meet multi-object. In this article a FEM modelwas built and strength, free mode, frequency response analysis were conducted. Finally a standard module was developed use Tcl/Tk script base on three analysis above.Key words:Tcl/Tk, free mode, strength, frequency response, HyperMesh1 概述车辆排气系统设计过程受到刚度、 强度以及振动等多个设计目标的约束。
为了加快产品 研发周期，在设计过程中普遍采用 CAE（计算机辅助工程）来预测产品性能。
Altair 公司的 HyperWorks 是一套优秀的 CAE 软件包，它提供了高效的前后处理器以 及强大的求解器，能够帮助工程师极大提高工作效率。
重卡排气系统的模态分析及试验优化
重卡排气系统的模态分析及试验优化作者：张贵勇苏长春来源：《中国科技博览》2016年第30期[摘要]排气系统的振动与噪声是影响整车 NVH水平的重要因素，良好的排气系统结构布局和刚度匹配能够有效的降低排气系统与发动机之间以及车体之间的振动能量传递。
采用Hyperworks软件对某涡轮增压式发动机重型卡车两种类型排气系统进行有限元建模，同时依据有限元理论对此排气系统进行静平衡分析和模态分析，并通过实车振动测试对分析结果进行试验，以验证改进方式的有效性，不仅解决了频繁发生的排气管断裂问题，也为排气系统刚度及零部件布局的选择提供技术依据。
[关键词]排气系统振动模态有限元分析中图分类号：TM641 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）30-0003-011 引言重型卡车作为一种生产工具，其使用的可靠性至关重要。
重卡排气系统在实际使用过程中的载荷工况比较复杂和恶劣，不但要承受来自发动机和路面的激励载荷作用，同时排气系统的热端还要承受高温热循环载荷的作用。
在这两种载荷同时作用下，汽车排气系统尤其是热端部分，很容易产生疲劳破坏而失效。
针对某重卡排气系统涡轮增压器端口部位排气管频繁损坏的现状，通过建立有限元分析模型，并通过振动试验测试验证的方法提出改进方案。
2 排气系统模型2.1 排气系统的物理模型图1为某重卡排气系统的三维模型，主要包括前排气管、排气辅助制动器、减震单元、后排气管、催化消声器和排气尾管，排气管材料为SUS 304不锈钢。
排气系统前端通过螺栓与发动机刚性相连，中间采用减振单元，后端与消声器连接。
在整车使用过程中，存在排气系统与发动机相连接的前排气管断裂问题。
2.2 系统摸态分析针对前排气管断裂问题，利用HyperMesh建立排气系统热端排气管有限元模型，模拟排气系统连接形式，采用二阶4面体单元，平均网格大小为4mm，进行网格划分，设定约束后，利用Abaqus对系统进行模态分析求解，排气系统模态计算结果如表1。
18_汽车排气系统模态及悬挂点布置分析
汽车排气系统模态及悬挂点布置分析Modal and Hanger Location Analysis of VehicleExhaust System郭维清李翠霞雷应锋王纯崔保石（长安汽车北京研究院北京100195）摘要：为减小汽车排气系统吊挂点位置对整车NVH性能的影响，本文采用HyperMesh软件对某汽车排气系统进行了有限元建模，通过模态分析结果，利用平均驱动自由度位移法对排气系统吊挂位置进行布置，并对排气系统进行频率响应分析，将计算出来的理论吊挂位置与该车实际吊挂位置的频率响应分析结果相对比，考察两次分析结果中振动响应的区别，为今后的研究提供经验参考。
关键词：汽车排气系统；悬挂位置；模态分析；HyperMesh; 频率响应分析Abstract: To reduce the vibration in the NVH performance of the vehicle from the hanger location of exhaust system, finite modeling on a vehicle's exhaust system is performed by HyperMesh, and with the result of modal analysis, the ADDOFD method is used to assign hanger location. Furthermore, through frequency response analysis of the exhaust system, comparing results of theoretical hanger location and actual hanger location, investigating the difference between two results of vibration analysis, experience and reference for further research is provided.Key words: vehicle exhaust system, hanger location, modal analysis, HyperMesh, frequency response analysis1 引言随着社会的发展和技术的进步，人们对汽车的要求越来越高。
HyperWorks 在汽车零部件有限元分析中的应用
HyperWorks 在汽车零部件有限元分析中的应用1 概述随着计算机辅助设计和制造技术的日趋成熟，设计人员迫切需要一种能对所做的设计进行快速、精确评价分析的工具，而不再仅仅依靠以往积累的经验和知识去估计。
Altair 公司HyperWorks 软件正是这样一个有效的工具。
他能与常用的CAD 软件相集成，实现"设计－校核－再设计"的功能，可以轻松的直接从CAD 软件中读取几何文件，并将最终的仿真计算结果反馈到CAD 几何模型的设计中。
同时由于有限元计算的高精度，可以减少试验次数，大大降低产品开发成本，缩短产品开发周期，提高产品设计质量。
本文通过两个案例，阐述了如何利用HyperWorks 软件简化边界条件及计算复杂结构的强度，并通过与理论解的对比，验证HyperWorks 软件在有限元计算方面的准确性。
2 案例一：摩擦片从动盘的强度计算由于摩擦片的形状比较特殊，九个叶片和内部八根加强筋呈同心圆分布，本案例介绍了如何灵活使用简化方法划分有限元网格及简化加载。
摩擦片从动盘的几何模型如图 1 所示。
2.1 摩擦片从动盘有限元模型的建立由上述图1 可见，摩擦片从动盘的九个叶片和八根加强筋呈同心圆分布，因此在划分此摩擦片从动盘有限元模型时可以将划分过程分成两部分：内圈加强筋部分和叶片部分，在接合部分进行局部修改缝合。
首先可以将内圈几何模型分成八部分，叶片分成九部分，分别选取其中的一片进行网格划分，如图2 所示。
再使用HyperMesh 的旋转功能Rotate 划分出整个网格，最后进行局部缝合，这样，整个摩擦片从动盘的2D 网格就完成了，继续使用3D 中的拉伸功能，完整的三维网格就建立成功了，如图 3 所示。
2.2 材料和边界条件该摩擦片从动盘采用QT450 制成，其材料参数如表1 所示。
模型的强度不仅与模型的建立有关，还和模型边界条件的定义有密切关系。
上述摩擦片在运行过程中靠外围的九个叶片的相互摩擦来其到制动作用。
基于RADIOSS的排气系统模态分析及结果应用_唐晋武
基于RADIOSS的排气系统模态分析及结果应用唐晋武东风本田汽车有限公司 武汉 430056摘要：本文利用Altair HyperWorks建立了某车型排气系统有限元模型，通过使用RADIOSS 求解器计算此模型在200Hz频率下的自由模态。
计算结果与此排气系统自由模态试验结果近似，说明有限元模型合理、计算结果可靠。
从结构设计等方面对计算结果进行了分析，给出了排气系统设计优化方案，本文的研究结果也为NVH故障诊断提供了技术依据。
关键词: HyperWorks RADIOSS 模态分析 排气系统1 概述在现代汽车开发和设计过程中，对开发速度要求越来越快，对燃油经济性要求越来越高，结构也要求越来越轻量化。
这些需求要求降低结构重量。
结果导致结构变得越来越“弱”，共振频率向激励的频率范围移动。
当外界激励频率与系统固有频率接近时，将产生共振，导致异响和振动产生，影响汽车的NVH（Noise，Vibration，Harshness）性能。
模态分析已经成为当今研究结构动态特性及设备故障诊断的重要手段，被广泛地应用。
用来降低过大的振动水平，确保共振远离激励频率。
排气系统作为汽车重要组成部件，且和车身连接，其模态特性对动力总成设计及整车故障诊断都有较大的意义[1]。
利用有限元技术，可以在排气系统设计初期预测其模态参数，及时修改和优化设计方案，从而可以缩短产品开发周期，节省费用。
2 有限元模型建立HyperWorks是Altair公司的有限元结构分析和优化软件。
作为业界最全面的开放构架的CAE解决方案，提供了一流的建模、分析、可视化和数据管理解决方案，能够用于线性、非线性、结构优化等多个方面。
本文利用HyperMesh前处理软件划分网格，使用RADIOSS求解器计算排气系统自由模态，后处理工具HyperView实现模态振型的可视化。
整个分析过程在同一个软件环境下进行，避免了其它CAE软件接口转换带来的诸多问题，极大的提高了工作效率。
HyperWorks在汽车行业中的应用- 制造成形
HyperWorks在汽车行业中的应用- 制造成形
Altair HyperWorks制造成形解决方案
提供完善的专业、标准、流程化的制造可行性仿真环境：
∙冲压成形: 强大易用的钣金冲压成形模拟，管料弯曲成形模拟，冲压设备效率的分析和验证。
∙锻压成形: 应用创新的方法模拟锻压过程的动态行为，提高效率，缩短成形时间。
∙挤压成形:市场领先的金属和聚合体挤压仿真分析优化技术。
∙注塑成形: 高效全自动的注塑模仿真前后处理，与主流的注塑成形求解器有良好接口。
∙焊接成形: 精确的摩擦焊接仿真。
Altair HyperWorks制造解决方案基于20多年的制造仿真和工艺流程设计经验，帮助用户改善产品的可制造性，提高效率。
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6 参考文献
[1] Altair HyperWorks User’s Manual. [2] 赵海澜，顾彦，汽车排气系统悬挂点优化 .计算机辅助工程 .2006 年 9 月第 15 卷增刊 . [3] 田育耕，刘江华，王岩松，许振华 .汽车排气系统振动模态分析及悬挂点优化 .辽宁工程 技术大学学报（自然科学版） ， 2009 年 12 月，第 28 卷第 6 期 . [4] 傅志方 ,华宏星 .模态分析理论与应用 .上海：上海交通大学出版社， 2000.
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Altair 2015 技术大会论文集
2 平均驱动自由度位移法（ ADDOFD）
假设单点激励，根据多自由度系统模态分析理论，响应点 l 和激励点 p 之间的频率响应 函数为：
H lp
r 1
N
lr pr M r r2 2 j 2 r r
其中， lr 是第 l 个测点，第 r 个模态振型系数； M r 和 r 分别是模态质量和模态阻尼 比。如果激励力的频率为 r ，接近于激励频率 ，则近似地有：
exhaust system, and calculate the average driving DOF displacement, analyze & evaluate the rationality of position of pothook while using graphite ring & corrugated pipe for exhaust system, and then optimize it, to solve the NVH problems arouse by the unreasonable position of Pothook.
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Altair 2015 技术大会论文集
3.2 材料与属性
计算中所使用的材料参数如下： 不锈钢材料参数： 弹性模量：2 1 0 G P a 材料密度：7.8 5 e +3kg/m 3 泊松比：0.3 长度单位为：m m
3.3 有限元模型
汽油机转速范围为 700~6200r/min，对于四冲程四缸机来说，激励范围是 23~200Hz， 因此，本文计算了 0~210Hz 范围内排气系统的固有频率。有限元模型如下：
移，对某车型排气系统在使用石墨环和波纹管两种状态下吊耳位置的合理性进行分析评价， 并进行优化，解决排气系统因吊耳布置不合理引起的 NVH 问题。
关键词: HyperWorks 排气系统 平均驱动自由度位移 吊耳 Abstract: The article herein uses HyperWorks to calculate the free mode of Vehicle
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H lp
r 1
N
lr pr jM r 2 r r2
对于线性系统，位移响应的幅值和频率响应函数的幅值成正比， 进一步假设振型以质量 矩阵归一化，各阶的模态阻尼近似相等，则：
X
lr pr 2 r 1
N
定义第 j 个自由度的平均驱动自由度位移（Average Driving DOF Displacement）为：
2 jr ADDOFD j 2 r 1 r
N
ADDOFD j 可以用来预测 j 自由度在一般激励情况下（在某个频率范围内的所有模
态均被激发）的位移响应的相应大小，以此对排气系统吊耳的悬挂点位置进行优化选择。
3 有限元模型的建立
3.1 网格划分
由于排气系统主要为薄壁管件， 综合考虑计算效率和计算类型， 本文采用壳单元进行建 模。三元催化器载体使用集中质量单元，螺栓连接位置使用 rbe2 刚性单元，结点数和单元 数见表 1。 表 1 排气系统的节点数和单元数 零件 排气系统 节点数 86433 单元数 87157
Altair 2015 技术大会论文集
HyperWorks 在汽车排气系统优化中的应用 HyperWorks Application in Vehicle Exhaust System Optimization
程云 刘承科 凌青海 （重庆小康工业集团汽车动力技术中心 重庆 400033）
摘
要: 本文利用 HyperWorks 软件计算汽车排气系统的模态，计算其平均驱动自由度位
图 1 有限元模型
4 计算结果图
4.1 模态频率（左、右分别为石墨环和波纹管）
图 2 0~200Hz 模态计算结果 注：该处计算模态频率分析仅用于计算排气系统的 ADDOFD，其模态频率大小不能作 为评价排气系统设计好坏的依据。
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4.2 ADDOFD 计算结果Key words: HyperWorks Exhaust System ADDOFD Pothook
1 概述
汽车排气系统一般有三元催化器、消声器、连接管路以及吊耳组成，通过法兰、吊耳分 别与发动机排气歧管和车身地板相连。 由于受到发动机本身振动和排气激励的影响， 排气管 振动相对较大，排气系统的振动会通过吊耳传递到车身地板，引起车内产生轰鸣声，影响乘 坐舒适性。因此，选择排气管振动相对较小的位置作为吊耳的悬挂点，降低排气系统向地板 的振动能量的传递，减少车身的振动及噪声水平，对于提高整车 NVH 性能，提高乘坐舒适 性以及吊耳的可靠性等有重要意义。 车辆布置紧凑性，导致在车辆开发工程中排气系统吊耳位置布置难以满足 NVH 要求， 本文采用 FEM 方法，计算排气系统的固有模态，计算其平均驱动自由度位移，对某车型排 气系统在使用石墨环和波纹管两种状态下吊耳布置进行分析评价， 提前预判其吊耳位置设计 的位置的合理性，并进行优化，为工程师提供设计参考，使之尽量在满足布置要求的同时达 到良好的 NVH 效果。
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图 3 采用石墨环连接排气系统吊耳位对应的 ADDOFD 置图
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图 4 采用波纹管连接排气系统吊耳对应的 ADDOFD 位置图
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5 分析与结论
（ 1）本文使用 HyperWorks 软件计算某车型排气系统固有模态频率，并计算其平均驱 动自由度位移，结果表明，使用石墨环和波纹管两种连接方式对吊挂位置的影响较小； （ 2） 2 种连接方式 2 号挂钩的 ADDOFD 均较大， 建议往消声器测移动， 选择 ADDOFD 较小的位置，降低排气系统向地板的振动能量的传递，减少车身的振动及噪声水平，提高整 车 NVH 性能； （3）HyperWorks 强大的前、后处理功能能快捷、高效、方便的解决在实际应用中分 析问题，HyperWorks 作为一款功能全面的 CAE 软件，给我们提供极大的帮助。