某汽车排气系统的有限元分析
汽车排气系统静力学计算及模态分析
（上接第３９页）
解决，提高了整车的ＮｖＨ水平和声品质。
ｏ
、 置。
出 豫
Ｏ
Ｏ
ｏ
２００
４００
６００
８００
频率小ｚ
转速，ｒ．ｍｉｎ’１ 图１０车内右后座位处的５００ ｔｔｚ倍频带声压比较
一４２一
（。ｎｌ…＝７０。０ ｒ／ｍｉｎ滞气激励嚣兰篓兰鹜三Ｈｚ、发动机釜 济转速（现＝３ ０００ ｒ，ｍｉｎ）排气激雹频率五＝ｌｏ？Ｈｚ，多
两个转速对应的激励频率与计算的固有频率不同， 因此，可避免共振发生嗍。可见，有限元计算模态对
排气系统的振动特性分析具有指导意义．与试验模 态结合．可以很好地完成排气系统的振动性能分析。
图ｌ某轿车排气系统的有限元模型
表１零部件的材料属性
零部件
材料
弹性模鞋 ／ＭＰａ
泊松比
管道、消声器
４０９Ｌ
２．０６ｘｌｏｓ
０．３
密度， ｋｇ·ｍ。３ ７ ７００
法兰．吊钩
Ｑ２３５
橡胶吊耳 橡胶ＥＰＤＭ
２．１×１０ｓ ７．８
０．３ ０．４７
７ ８５０ ８７０
图２重力载荷下排气系统位移
３排气系统的有限元仿真分析
控制研究．振动．测试与诊断．２００１，２１（１）：５９～６４．
４庞剑．谌刚．何华．汽车噪声与振动——理论与应用．北京：
北京理丁大学出版社．２００６． ５ 张志华．周松．黎苏．内燃机排放与噪声控制．哈尔滨：哈尔
滨工程大学出版社．２００５． ６舒歌群．高文志．刘月辉。动力机械振动与噪声．天津：天津
大学出版社．２００８． ７赵松龄．噪声的降低与隔离（下册）．上海：同济大学出版
汽车排气系统静力学计算及模态分析概要
个Pipel6单元.6个Combinl4单元。
图l某轿车排气系统的有限元模型表1零部件的材料属性弹性模鞋密度,零部件材料泊松比/MPakg・m。
3管道、消声器409L2.06xlos0.37700法兰.吊钩Q235 2.1×10s 0.37850橡胶吊耳橡胶EPDM7.80.478703排气系统的有限元仿真分析3.1有限元模型的静力学计算基于该排气系统在发动机和橡胶吊耳约束的条件下.其最大位移和最大应力以及橡胶吊耳的最大受力都有限值约束。
因此.对其进行了排气系统在重力载荷下的静力学分析。
将HyperMesh中建立好的有限元模型导入ANSYS中并进行重力载荷的加载.对其进行静力学分析。
图2、图3和图4分别为重力载荷下,排气系统的位移、应力和橡胶吊耳处的受力图。
由图中数据可知.该排气系统在重力载荷的条件下.其最大位移和最大应力分别为3.02唧和31.9MPa.各橡胶吊耳处的最大受力为31.487N.且受力相对均匀.因此.满足静力载荷下的设计要求。
3.2有限元模型的模态分析将加载约束条件的有限元模型导入ANSYS。
采取BIock Lanczos方法提取该排气系统的各阶次模态值.从而获得排气系统的约束模态,表2为该排气系统的各阶次频率值。
图5为该排气系统不同阶次下约束模态的振型。
从模态振型图来看,大多数表现为系统受约束的某种摆动。
图2重力载荷下排气系统位移图3重力载荷下排气系统应力图4重力载荷下排气系统橡胶吊耳处受力表2排气系统各阶次频率模态阶次l2345678频率,Hz 8.47511.78014.65818.41619.82927.19331.26636.661模态阶次910.1l 1213141516频率,Hz56.68161.74884.78993.619123.650136.350l“.890186.8002010年第1期.-——41..——排气系统的振动特性分析具有指导意义.与试验模态结合.可以很好地完成排气系统的振动性能分析。
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
基于ANSYS软件的排气管模态有限元分析报告
基于ANSYS软件的排气管模态有限元分析报告一、概述本次大作业主要利用ANSYS软件对排气管的模态进行分析,计算出排气管的固有频率和振型。
然后与实际情况进行比较,证明分析的正确性,从而为排气管的优化分析提供了充分的理论依据，并且通过对ANSYS软件的实际操作深刻体会有限元分析方法的基本思想，对有限元分析方法的实际应用有一个大致的认识。
二、问题分析如图1所示为简单排气管模型，包含三段尾管模型，采用Workbench软件建立几何模型，模型尺寸自行定义，尺寸定义要符合实际，并分析三段尾管的自由模态，不同尾管之间采用绑定接触连接，每段尾管的材料均为不锈钢。
图1 排气管三、有限元建模首先进行几何模型建立，先建立中间断尾管的几何模型，排气管建立面体模型即可，首先建立线体截面，然后通过旋转生成几何实体。
旋转草绘面，并进行对称，最终建立中间段尾管几何模型。
再建立第三段尾管模型，首先建立端部直径为50mm的圆，并拉伸16mm，再在距离该圆端部15mm位置建立基准平面，并建立直径为40mm的草绘图，并拉伸80mm通过融合功能，连接直径50mm和40mm的两个圆的端面将上图最右端的圆环面绕距离Y轴200mm的中心轴旋转20°，随后拉伸180mm，最终几何模型如下所示：同理再建立第一段尾管，并对几何过度位置进行适当倒角，最终排气管模型如下图所示：如图 2所示，采用材料默认的结构钢材料即可，材料的杨氏模量为2e11Pa，泊松比为0.3，密度7850kg/m3，三个部件材料均为结构钢。
图 2 材料定义对排气管模型进行网格划分，网格尺寸设置为4mm，网格模型如下所示，自由模态分析不需要施加任何载荷。
图8 网格模型四、有限元计算结果模态分析是研究结构动力特性一种方法，一般应用在工程振动领域。
其中，模态是指机械结构的固有振动特性，每一个模态都有特定的固有频率、阻尼比和模态振型。
分析这些模态参数的过程称为模态分析模态分析的作用，往往是为了能够知道所分析结构的模态频率、模态振型等结果。
汽车排气系统静力学计算及模态分析
汽车排气系统静力学计算及模态分析汽车排气系统是引擎的一部分，它的作用是将引擎燃烧产生的废气和噪音从车辆底部排出，为了保持引擎的性能和减少对环境的影响，排气系统的设计必须考虑静力学计算和模态分析，以下将详细介绍这两个方面。
一、静力学计算静力学计算旨在确定在引擎运转时，排气系统中存在的压力及对它会产生的力和扭矩的影响。
这些力和扭矩的作用都会导致排气系统产生振动，下面我们将从三个方面进行分析：1. 背压计算在排气系统中，背压是指尾气在流经排气系统时产生的空气压力之和，这个压力会对引擎的性能产生影响。
当排气系统中背压过高时，会使引擎的性能下降。
因此，在设计排气系统时必须要根据引擎的输出和尾气产生的流量来计算背压。
2. 力和扭矩计算在引擎工作时，排气系统受到的总体力和扭矩都是非常关键的参数。
这些参数可以通过测量排气管的弯曲、长度、截面面积等参数来计算。
当排气系统的力和扭矩较大时，可以采用更加坚固的材料来制造排气系统，以确保其能够承受这些作用力。
3. 振动计算振动是指排气系统在引擎工作时产生的机械波动。
这种振动可以对排气系统和其他部件产生损伤。
因此，在设计排气系统时，必须要考虑振动特性，以便控制和减少振动。
二、模态分析模态分析旨在确定排气系统的共振特性，例如本征频率和共振幅值等，以便设计人员能够更好地了解设计中可能出现的问题。
这种分析可以使用有限元分析的方法进行，下面我们将具体介绍：1. 有限元分析有限元分析是一种计算机辅助的工程分析方法。
在排气系统的设计中，有限元分析可以用于计算其振动、应力和变形等。
有限元分析的主要目的是确定系统中的自由振动模态和固定点的受力和应变，以便设计人员可以精确地计算设计参数。
2. 本征频率和共振幅值分析在分析排气系统的振动时，本征频率和共振幅值是非常重要的参数。
本征频率是指系统的自由振动频率，而共振幅值是指系统受到外部作用力时产生的响应。
在排气系统的设计中，必须要考虑到这两个参数，以确保排气系统能够在运行时不会受到过大的振动影响。
基于有限元的汽车排气系统吊钩位移响应分析
基于有限元的汽车排气系统吊钩位移响应分析摘要：汽车排气系统吊钩的位移响应影响汽车的NVH特性，为了研究吊钩的位移情况，采用Hypermesh和MSC.Nastran进行有限元网格构建并进行计算求解。
基于模态的吊钩位移分析很好的体现了不同频率下的响应，通过平均驱动自由度位移（ADDOFD）方法能够对排气系统的吊钩位置进行优化。
计算仿真结果有效的辅助了排气系统的设计，并缩短了整车的开发周期，所做的模态分析对试验阶段的耐久也具有重要的指导意义。
关键词：位移响应模态平均驱动自由度位移Hanger displacement response analysis of exhaust system based on FEAAbstract：The displacement of hanger force in car exhaust system can affect the NVH characteristic，in order to research the response，to do FEA analysis applying Hypermesh and MSC.Nastran.The hanger force calculation based on modal can well prediction the response under different frequency.Optimization on hangers location can be done by simulation per ADDOFD method.The simulation is effective for aid design of car exhaust system，meanwhile，shorten the development deadline，it is also significant direction to do modal analysis for durability test of exhaust system.Key Words：Displacement responsemodal ADDOFD汽车工业的发展给人们的生活带来了前所未有的便捷和高效，然而随着人们对舒适性要求的提高，对于整车开发的NVH特性有了更加严格的要求。
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。
毕业设计论文排气系统的分析与设计
□ 优 □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格
2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？
□ 优 □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格
三、论文（设计）水平
1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义
□ 优 □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格
作 者 签 名：日 期：
指导教师签名：日 期：
使用授权说明
本人完全了解大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。
排气系统的分析与设计
摘要
随着城市车辆的增多，噪声污染已经严重地干扰人们的生活。汽车排气噪声是汽车的主要噪声源之一,而汽车排气系统的性能决定着排气噪声的水平。故而，一套好的排气系统配备一个好的消声器是更好地降低发动机排气噪声的有效途径，因此对排气系统中消声器的设计越来越受到重视。
本文通过对汽车排气系统的全面分析,评价该排气系统的整体性能,同时也研究了消声器以及排气系统的开发设计方法。建立排气系统分析模型,应用有限元分析软件对汽车排气系统的声场特性进行计算,得到系统的声场分布情况,归纳出穿孔管的结构参数与消声器消声性能的影响关系。其仿真分析结果对排气系统整体性能的优化具有重要指导意义。经过研究分析,总结出排气消声器的开发设计流程、典型消声结构的计算方法等,为下一步开发出可用于排气消声器设计与性能预测的软件提供了重要依据。
年 月 日
目 录
前 言
汽车工业的快速发展和交通的日益发达使得汽车保有量大幅增加，带+来的交通噪声污染也日益严重。据资料表明，城市噪声的80℅来源于机动车辆，各种机动车辆已成为环境噪声的最大污染源。为了限制交通噪声污染，各国大都制定了严格的相关法规，而且每隔几年就要修改一次。并且随着汽车市场竞争越来越激烈，低噪声已经成为乘坐舒适性的一部分，与动力性、经济性和排放性一起成为了评价汽车品质的重要指标。
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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。
二次阻力系数为650kg/m<l]。
4有限元分析
利用有限元计算分析软件ANSYS的不同模块，对排
气系统的流体和壳体进行有限元分析。
4.1流场分析
将流体网格导入到C FX分析模块中，设定参数，仿真
计算得到流体速度场。
在歧管与催化器的连接处流速较 大，速度达到36.30m/s，其余地方流速较小。
催化器进气端
面上最小流速为4.9m/s，最大流速为5.4m/s，流速均匀性
指数[2]为0.95>0.9，均匀性较好，气体基本均匀地在催化器
载体区域内流动，能够与催化剂进行充分的反应。
图3流体速度场与第1阶振型图
4.2振动特性分析
将管壁网格导入到AN SYS中，设定参数，进行模态
分析。
排气系统与发动机直接相连，因此固有频率必须与发
动机的激振频率分开，避免出现共振现象[3]，缩短排气歧管
总成的使用寿命。
表1各阶固有频率
阶次频率（Hz)阶次频率(Hz)阶次频率(Hz)
131625273982
外界的最高激励频率约为240Hz，而该排气系统自由
模态第一阶固有频率为316Hz，远离外界激励频率，故该
排气系统在正常的使用过程中不易发生共振现象，此排气
系统的振动耐久性较好。
参考文献：
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