汽車排氣系統模態分析

               Modal Analysis of Automotive Exhaust System

                                                             周新  鄭慧淼 王猛 劉艷

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

 

摘 要:本文以某汽車排氣系統為研究對象,運用 HyperMesh 劃分網格,結合 OptiStruct 求解器,對排氣系統的模態進行了分析,并將模態頻率和振型與試驗對比。分析結果表明:Altair 公司提供的軟件在排氣系統有限元模型建模以及結果的求解精度方面具有很好的應用。

關鍵詞:排氣系統 模態分析 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

 

   模態分析在汽車排氣系統中的應用具有廣泛的意義,汽車排氣系統的模態頻率與模態振型與整 車的 NVH 特性直接相關。由于汽車排氣系統結構比較復雜,其組成零部件比較多,各部件的建模簡 化以及假設對模態結果有很大影響。

    本文運用 Altair 公司提供的軟件模塊 HyperWorks 對排氣系統進行了建模假設,運用 OptiStruct 求解器對其進行了模態頻率與振型的求解,并與試驗進行了對比分析。通過對比分析表明:軟件提 供了合適的建模方式以及準確的求解精度。

 

 

2 有限元分析

 

   如圖 1 所示為某汽車排氣系統有限元模型。該排氣系統主要由法蘭、三元催化轉化器、撓性節、消聲器、吊鉤吊耳以及管件等組成。結合有限元分析假設理論以及 HyperWorks 軟件中的單元類型,運用 HyperMesh 對其進行了網格劃分,其中法蘭與實心吊鉤運用實體單元進行模擬、三元催化轉化器以及消聲器殼體、管件等運用殼體單元模擬,消聲器中的玻璃纖維以非結構質量單元依附與殼體表面,撓性節與橡膠吊耳為彈性元件,建模中運用梁單元或者彈簧單元進行模擬。

   由于排氣系統在實車安裝過程中,進氣端通過法蘭岐管與發動機相連,排氣系統通過吊鉤吊耳與車身底盤相連。故在實際模擬分析中,將法蘭端與橡膠吊耳與底盤連接端完全固定。

          

                        圖 1 汽車排氣系統部分有限元模型

 

                  

                             

                            表1模態分析結果                                                       

   

由表 1 可知 160Hz 頻率范圍內有 16 階模態頻率。

 

3 試驗驗證

 

   如圖 2 所示為某汽車排氣系統模態試驗裝夾圖,整個排氣系統通過岐管以及橡膠吊耳與試驗夾具進行連接 ,在排氣系統上布置了 12 個加速度傳感器,運用 LMS 數據采集系統,采用了單點激勵多點響應的方法對其進行了模態試驗。其模態試驗結果見表 1。由表 1 知,160Hz 范圍內測出了 6 階模態,比有限元分析模擬數據少,這是因為加速度傳感器的個數有限,以及與布置的位置有關,增加傳感器個數、改變測試點位置,可以增加測試數據。由表 1 也可看出,模擬與試驗的最大誤差為7.1%,在工程實際應用可接受范圍內。

      

                                          圖2模態試驗裝夾圖

                                                        

4 模態振型

 

   為辨識計算模態與測試模態是否為同一振型,如圖 3 列出了各測試模態下的試驗與分析對比圖。

 

                                           圖3 模態振型比較圖

仿真模擬與試驗模態振型一致。

 

5 結論

 

本文以某汽車排氣系統為研究對象,對其進行了模態模擬分析與試驗對比,結果一致。分析表明:HyperMesh與Optistruct在模型簡化建模與求解方面具有好的應用。

 

6 參考文獻

 

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