排气系统模态及振动响应分析

机电技术 2012年2月

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作者简介：卞信涛(1987－)，男，工程师，研究方向：汽车噪声与振动。 排气系统模态及振动响应分析 卞信涛 (东南(福建)汽车工业有限公司研发中心，福建 福州 350119) 摘 要：文章介绍利用Altair/HyperMesh软件创建某排气系统有限元模型，运用MSC/Nastran 软件计算排气系统的约束模态，对约束模态分析的结果进行评价。最后结合排气系统吊耳振动响应分析结果，评估排气系统吊耳振动响应峰值频率点，为后续排气系统结构及吊耳位置优化提供依据。 关键词：排气系统；模态；振动；频率响应分析 中图分类号：U464 文献标识码：A 文章编号：1672-4801(2012)01-110-03 动力总成作为车辆的主要振动激励源，其工作时产生的振动传递给排气系统，然后再通过吊耳传递给车身，若吊耳位置及其性能匹配不佳，会导致较大的车身振动通过座椅、地板和方向盘直接传递给乘客，进而影响乘员舒适性。所以，控制传递到车身上的力是排气系统振动控制的最主要目标之一。 本文对某排气系统约束模态分析的结果进行评价，结合排气系统吊耳振动响应分析结果，评估排气系统吊耳振动响应峰值频率点，为后续排气系统结构及吊耳位置优化提供依据。 1 排气系统模型创建

图1 排气系统有限元模型 图1为排气系统的有限元模型，以下是该模型的主要组成部分： 动力总成部分：动力总成(包含排气歧管)是用质量、惯量、刚性梁和弹簧来模拟的，它的质量和惯量参数施加在质心上，用三个弹簧单元(每个弹簧单元有X、Y、Z三个方向的刚度)来模拟悬置衬套，三个刚性梁单元分别将质心与悬置衬套连接起来。动力总成的质心与排气系统的开始端也用刚性梁单元相连。 排气系统部分：排气系统依据3D模型建立，包括三元催化器、副消音器、主消音器以及吊耳等。 球连接及吊耳橡胶部分：球连接主要控制动力总成传递到冷端的振动，球连接只有三个方向的转动自由度，吊耳车身侧被动挂钩与排气系统侧主动挂钩间的橡胶用弹簧单元模拟，并设置X、Y、Z三个方向的刚度。 2 排气系统模态分析 模态分析是排气系统频率响应分析的关键。排气系统的模态必须与发动机的激振频率和车体的模态分开，否则各系统的频率耦合在一起会产生强烈的共振。在进行排气系统的模态分析时，通常要对以下几个指标设定目标：第1阶横向弯曲模态，第1阶垂向弯曲模态，第1阶扭转模态等。 2.1 边界条件 该模型的约束边界条件有两部分：第一部分是发动机悬置的橡胶衬套，它的一端与动力总成相连，另一端固定。第二部分是吊耳的边界，吊耳橡胶一端与排气系统相连，另一端固定。 2.2 计算结果 由于该动力总成的怠速工况转速为650 r/min左右。对四缸发动机来说，该动力总成的发火频率要大于20 Hz，故该排气系统中低于20 Hz的模态多为刚性模态且很难被激励出来，所以不考虑20 Hz以下的模态。在设计排气系统时，要使得其模态数目越少越好。如果模态数目太多，那么系统中的某些频率很容易被激励起来。经过计算分析，在20～200 Hz范围内该排气系统共有13阶模态。 第1期 卞信涛：排气系统模态及振动响应分析

1.复习模态分析理论

1.1单自由度系统频响函数（幅频、相频、实频与虚频、品质因子等）

系统的脉冲响应函数h(t)与系统的频响函数H()是一对傅里叶变换对，与系统的传递函数H(s)是一对拉普拉斯变换对。即有：

i()()edtHhtt 1i()()ed2πthtH ()()ed0stHshtt 1i()()edi2πisthtHs

复频率响应的实部 21(/)Re[()]222[1(/)](2/)nHnn

复频率响应的虚部 2/Im[()]222[1(/)](2/)nHnn

单自由度系统频响函数的各种表达式及其特征1(w)2Hkmwjk，对频响函数特征的描述采用的几种表达式

1）幅频图：幅值与频率之间的关系曲线

2）相频图：相位与频率之间的关系曲线

3）实频图：实部与频率之间的关系曲线

4）虚频图：虚部与频率之间的关系曲线

5）矢端轨迹图（Nyquist图）

1.2单自由度结构阻尼系统频响函数的各种表达形式

频响函数的基本表达式：11111()22222100Hmkkmjkjj

频响函数的极坐标表达式：()|()|jHHe，11w2221Hk（） —幅频特性，

arctan21—相频特性。

频响函数的直角坐标表达式：()()()RIHHjH，211()2221RHk—实频特性，1()2221IHk—虚频特性

频响函数的矢量表达式：()()()RIHHHij

1.3单自由度结构阻尼系统频响函数各种表达式图形及数字特征

幅频特性：1|()|0Hk

固有频率：0D

阻尼比：00BA

汽车常见NVH问题与解决方案

黄冬明;上官文斌

【摘 要】汽车的NVH性能是汽车的重要性能之一,影响汽车NVH性能的因素很多.本文通过对汽车的NVH试验,发现一些常见的由动力总成系统、传动系统及进排气系统等引起的车内振动噪声问题,在理论上分析了产生这些问题的主要原因并对问题车辆以尽可能短的时间,小改动、低费用地改进,以达到车辆设计的NVH性能要求.解决问题的方法和思路对从事汽车NVH工作的人员有一定的指导意义.%The performance of powertrain mounting system, transmission

system and exhausting system can have impact on vehicle NVH

characteristics significantly. Based on experimental data, this paper

analyzed some vehicle NVH problems caused by aforementioned

subsystems analytically. In order to meet requirement of vehicle NVH

performance efficiently, we also illustrated some basic solution method for

these problems. The test results and solution method of presented vehicle

NVH problems in this paper are applicable for measurement and design of

vehicle NVH characteristics.

【期刊名称】《新技术新工艺》

【年(卷),期】2011(000)003

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一、目标设定阶段