某汽车排气系统的有限元分析

’裹主；．ｉ羡ｉ苏≥莩：ｉ菡．““…““…～一Ｐ一 １ （责任编辑学林） 修改稿收到日期为２００９年１１月１８日。
（上接第３９页）
解决，提高了整车的ＮｖＨ水平和声品质。
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、 置。
出 豫
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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

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。

ｗ ｉ ｉ ｏ ｔ ｏ ｂ ｉ ｆｃ ｅａ ｔ ｂｌ ｐ ｒ ｒ ａ ｃ ｎ ｓｅ ｉ ｌ ｅｃ ｍ ｏｔ ｌ ｅｓｏ Ｃ］．ｈ ｈｃ ｗｔ ｕ ｕ ｔ ｌａ ｅｔ ｈ ｏ ｉ ｅ ｏｍ ｅａ ｄｅｐ ｃ ｌ ｔ ｏ ｆｒ ｂｅ ｓ ｆ ＯＳ ｅ ｈ ｈ ｄ ｗ ｌｆ ｔ ｕ ｍｏ ｅ ｆ ｎ ａｙｈ ａ ｎ ＇Ｔ ｅｈ ｕｔ ｙｔｍ ｍ ｄ ｌ ｙｔｅａｐ ｉ ｉ ｏｔａｅｏ ｔｅＳ ＬＤ ｘ ａｓ ｓ ｏ ｅ ｂ ｐ ｌ ａ ｏ ｆ ｒ ｆ ｈ Ｏ Ｉ ＷＯＲ Ｓｉ ｅｔ ｌｈ ｄ Ｕ ｉ ｅ ｎｔ ｅｅ ｓ ｅ ｈ ｃ ｎ￥ ｗ ｔ Ｋ ｓａ ｉ ｅ． ｓ ｇｔ ｉ ｌ－ ｓ ｂｓ ｎ ｈｆ ｅ ｉ ｍ ｎ ｎ ｌ ｉ ｏｆｅ ｕ ｎｙＣｌ ｒｓａｃ ｅｒｌ ｉｎｈ ｅｗ ｅ ｇ ｈ ｇｎ ｐ ｓ ｉｎａｄａ ｐ ｉ ｄ ｎａ ｅ ｔ ａｙ ｓ ｆ ｒｑ ｅ ｃ Ｏ，ｅｅ ｒｈｔ ｅａ ｏ ｓ ｉ ｂ ｔｅ ｎｌ ｓ ａ ｉｇ ｏｉｏ ｍ ｌｕ ｅｉ ａ ｓ ｌ ｈ ｔ ｐ ｕ ｎ ｔ ｎ ｔ
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。

1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？
□ 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。

某型汽车排气系统模态分析及物理试验验证
张建;王天野;尧潇雪;罗文刚;罗建国
【期刊名称】《广西科技大学学报》
【年(卷),期】2023(34)1
【摘要】为了减少开发阶段的研发成本和时间,采用有限元仿真的方法来模拟某排气系统约束模态工况从而预估排气系统的约束模态。

首先,使用有限元分析软件HyperWorks建立该排气系统的有限元模型,并对排气系统进行约束模态仿真分析,得到排气系统的模态信息;然后,再使用LMS的软硬件工具进行约束模态试验,使用LMS b振动噪声试验软件对测量得到的试验数据进行处理;最后,将约束模态的试验测试结果与在HyperWorks中的仿真结果进行对照。

结果显
示:HyperWorks中仿真结果与试验结果相似度很高,误差最大值为3.89 Hz,仿真模型可以较好地反映系统的固有特性。

由此表明:在排气系统的技术审核阶段,可用有限元仿真分析的方法对排气系统的约束模态进行仿真,以预测其真实的模态信息来指导排气系统的正向设计,可大大地减少实体模型试验次数,缩短项目开发时间。

【总页数】6页(P1-6)
【作者】张建;王天野;尧潇雪;罗文刚;罗建国
【作者单位】广西科技大学机械与汽车工程学院;柳州市汽车排气控制技术重点实验室(广西科技大学)
【正文语种】中文
【中图分类】U464
【相关文献】
1.汽车排气系统模态仿真与试验分析
2.某型汽车排气系统的振动响应分析及验证
3.汽车排气系统及其吊钩振动模态分析和试验验证
4.某型汽车排气系统的模态分析
5.基于HyperMesh的某型汽车排气系统模态分析
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ＺＨＩ Ｓｈｕ—ｙａ，ＨＵＡＮＧ Ｘｉｎｇ－ｘｉｎｇ
（Ｊｉｎｇｌｉｎｇ
Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ
ｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｎａｎｊｉｎｇ ２１１１６９，Ｃｈｉｎａ）
； 【摘要】排气系统的振动必然会引起汽车整车的振动和噪声，从而影响汽车的整车性能，特剐是 ｝在汽车乘坐舒适Ｉ｝生方面表现得尤为严重。利用ＳｏｌｉｄＷｏｒｋｓ工具建立排气系统的简化模型，对其进行赣 ｌ率有限元分析，研究在一定频率范围内，影响振幅和噪音的主要因素，通过改变排气系统挂钩吊耳的悬 ｝桂位置，减小排气系统的最大振幅，实现对排气系统进行优化设计。根据计算分析得出减小排气系统振 ｌ动的优化方案，确定排气系统挂钩吊耳的最佳安装位置，为汽车排气系统或其他零件的设计和安蓑提
学．２００６：２７—２８．
［５】徐献刚．李松波．某轿车排７（系统振动特性仿真及优化［Ｊ！．机械与电
子．２００８（３）：２２—２４．
【６］邢索芳．王现荣．发动机排气系统振动分析［Ｊ】．河北丁业大学学报．
２００５（５）：３５—３８．
图１ １优化后的频率有限元分析
［７］刘敬平．邓帮林．某轿车排气系统振动分析［Ｊ］．振动与冲击．２０１“８）：
［９ Ｊ赵海澜．顾彦．汽车排气系统悬挂点优化［Ｊ］ｉ｝算机辅助工程．２００６
（１）：２ｌ一２３．
［１０］ＰｅｓｔｅｒｅｖＡＶ．Ｂｅｒｇｍａｎｌ．Ａ．Ｒｅｓｐｏｎｓｅｏｆａｎｏｎｃｏｎｓｅｉ＇，－ｖａｔｉｖｅｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓｓｙ— ｓｔｅｍｔｏａｍｏｖｉｎｇｅｏｎｃｅｎｔｒａｔｅｄｌｏａｄ［Ｊ］Ｊ．ＡｐｐＬＭｅｃｈ．１９９８（６５）：４３６－４４４．
由表２和图１２可知．优化后的最大振幅位移由原来的 ３．５２８ｃｍ降低列１．７０ｅｍ以下，呵见优化后的最大振幅数值明硅
４优化设计

中起着非常重要的作用 。 排气系统 的主要功能是排放 和降噪 ， 排气 系统
主要 由 ： 气 管 、 排 消声器 和尾 管组 成 。随着世 界各 国
对汽车尾气排放的要求 日 益提高 ， 各汽车生产商也 通过安装各种各样的装 置来 降低汽车排放 的尾气 中污染物的含量。如 ： 三氧催化器、 碳罐等 。而且对
响 。本 文 主要考 虑 由于 自身重 力 的作用 对排气 消声
器的寿命 的影响。 以往对排 气消声器 寿命影 响因素 的分析是基 于许多排气系统实体 的实验数据的基础上进行的 ，
现 在 随着 各 种三 维设 计 软 件 和分 析软 件 的发 展 ， 我
心脏 ， 通过燃烧燃料提供动力 ， 使车辆成为满足人们 需 求 的动 力 系统 。 动机 在 向车辆 提供 动力 的同 时 ， 发
一
排 气 系 统看 似 只是 简单 的管 道 ， 际设 计 中不 实 仅 要 考 虑 到 特 定 的底 盘 布 置 ， 同时 排 气 系 统 的长 度、 管径 大 小 、 消声 器 的 大小 等 ， 还要 考 虑 到排 气 气
体 的流动特性 ， 防止背压过大 ， 增加功率损失。因此
排 气 系统设 计是 车辆设 计 的重 要一 环 。
气管用铸铁制成 ，左端通过法兰与发动机排气 口连
接 ， 端 通 过 法 兰 与 消 声 器 连 接 ， 厚 约 ２５ ， 右 壁 ．ｍｍ质
量 大 约 １ ５ Ｇ。 ．Ｋ ９
消声 器是 车辆 内燃机 排气 系统 广泛 采用 的消声 装 置 。按 照消声 器 的消声 机 理 ，可 以分 为 阻性 消声 器 、 性消 声器 和 阻抗复 合式 消声 器三 类 。 抗 阻性 消声
以使得设计人员设计 出更好 的产品 ， 而且大大节约 了制造成本和缩短了生产周期 ， 对现代企业是一个 很好 的选 择 。

基于有限元的某汽车排气系统模态分析及悬挂点的优化郭深深;王云英;乔海周【摘要】In order to reduce the impact of exhaust system vibration on vehicle NVH performance at the early stage of a vehicle design, finite element analysis is used to perform finite modeling and vibration modal analysis on a vehicle's exhaust system. Furthermore, a method called average driving DOF displacement (ADDOFD) is used to optimize hanging locations. The result suggests that the ADDOFD method is an effective method for determining hanging locations of exhaust system in the early stage of a vehicle design. Therefore, the simulation analysis presented in this paper could save both time and cost in developing a new vehicle.%在整车开发前期，为了尽可能减小排气系统悬挂点位置对整车NVH性能的影响，采用有限元分析的方法对某汽车排气系统的振动模态进行分析，同时利用平均驱动自由度法（ADDOFD）对系统悬挂点位置进行优化。

研究结果显示：在汽车开发前期，采用ADDOFD法进行排气系统悬挂点位置的优化布置是有必要的。

《装备制造技术》2021年第2期某型汽车排气系统的模态分析李祖业1,谢华林2,龚运息2,杨迪新1(1.柳州五菱汽车工业有限公司，广西柳州545000;2.广西科技大学机械与交通工程学院，广西柳州545006)摘要：利用U G和Hyperworks软件联合建立了某汽车排气系统的有限元模型，并对该排气系统进行了模态分析，得到 系统的各阶频率及固态振型，并且使系统的固有频率避开了发动机的激励频率，为排气系统后续N V H性能的研究供了 依据。

关键词:排气系统；有限元法;模态分析中图分类号：U464.134 文献标识码:A汽车排气系统主要由排气管、三元催化装置、波 纹管、副消声器、主消声器、尾管以及排气系统悬挂 装置等组成。

其中主、副消声器可以有效的降低汽车 在行驶过程中发动机排气产生的噪音；波纹管以及 排气系统悬挂装置可以用来减少排气系统的振动，从而提高系统的可靠性及寿命。

目前,模态分析是国 内外学者对排气系统结构进行优化和振动噪声研究 的基础。

雷刚等[^通过模态分析得到排气系统的固 有频率，根据模态振型节点确定吊钩位置;Ra。

等[3]对 排气系统进行模态分析，认为排气系统吊耳和悬挂 点对车内振动和噪声具有重要影响;冯晓柠|4]对排气 系统振动特性进行研究，根据模态分析所得到的系 统振型，对挂钩模态与系统模态进行控制优化，成功 避免了排气系统结构与发动机结构共振。

本文对某车型排气系统结构进行了研究，结合 U G三维建模软件与三维仿真软件Hyperworks的特 性对其进行了模态分析。

通过模态仿真分析可以得 到各组成结构的固有频率及振型，调整排气系统振 动贡献较大振型的结构，对于改善排气系统的使用 性能以及寿命有很大帮助，并且能够对后续NVH性 能的研究提供一些必要的参考和建议。

1排气系统有限元模型通过U G建立排气系统三维实体模型，然后导入 Hypermesh软件中。

由于排气系统结构较为复杂，在 不影响求解精度的情况下为了减少计算时间，进行文章编号：1672-545X(2021 )02-0097-03有限元模型建立时，会对其部分组件几何结构进行 简化处理％其中，排气系统连接管、消声器壳体、消 声器内部进、排气管、隔热板等结构厚度与长度相差 太大，所以采取抽中面的方法，简化为三角形或四边 形的壳体单元;消声器内部穿孔管、隔板上的小孔不 予考虑；波纹管使用一个弹簧单元和两个质量点来 代替，两端用RBE2刚性单元与连接管道相连。

22_汽车排气系统支架失效模式有限元分析_周新汽车排气系统支架失效模式有限元分析周新(上海天纳克排气系统有限公司研发中心，上海， 201814）摘要：对汽车排气系统发动机EVD试验进行了介绍，运用有限元法结合Altair公司HyperMesh以及OptiStruct软件进行了模态分析与动态响应分析，在此基础上就汽车排气系统支架失效模式进行了分析，得出支架失效是由于其共振所致，该结果与方法对于汽车排气系统部件失效模式的分析与控制有实际指导意义。

关键词：排气系统；有限元法；失效模式汽车排气系统是汽车上重要的零部件，其承担着汽车尾气的排放以及噪音衰减的任务。

长期以来对于汽车排气系统的研究，主要集中在NVH上。

随着汽车使用年限的增加以及不断出现的售后问题，排气系统的耐久可靠性已经越来越受到主机厂及零部件供应商的重视，相应的排气系统部件失效模式研究也越来越受关注。

通常，汽车排气系统所受的激励，主要有来自路面与发动机的激励，而发动机激励是排气系统振动的主要振源之一。

对于发动机激励，可以采用发动机台架试验或者是路谱采集来获得。

但对于排气系统开发前期，发动机标定未做好，整车环境还没有，路谱采集条件不具备，耐久实验无法进行；并且模拟实际路载的相关台架试验成本很高昂。

对于排气系统耐久性研究，业内一般采用EVD (Engine Vibration Durability)加速疲劳耐久试验，相对于完全模拟实际路载的台架试验，该实验简单、容易操作，且在复现排气系统部件失效以及验证系统级耐久性方面有很高的可靠度。

然而，样件的制作，试验的前期准备均需要很长的时间。

本文正是基于上述出发点采用有限元分析软件HyperWorks对发动机激励下汽车排气系统进行了数值模拟仿真计算，以期减少试验，指导研发。

1 EVD试验介绍1.1 台架模型整个排气系统可分为两部分：热端+冷端。

热端主要包括岐管、涡轮增压器、催化转化器等；冷端主要包括消声器以及一些排气管、吊钩等部件。

压力分布图结果 设计一
5212Pa
背压： 7417Pa
4189Pa
背压： 5296Pa
红色区域内部的局 部最大压强为 1210Pa
红色区域内部的局 部最大压强为 8010Pa
设计二
流速分布结果 设计一
设计二
77.8m/s
73.1m/s
蓝色为低速流体区域，在这个区 域内气体的流速减缓，是造成压 力损失的原因。
2. 设计二与设计一相比低速流体的区域较小，也说明压力变化较为平缓。
3. 设计一湍流动能的大的区域较多，是造成流动不稳定的原因，因此压力下降较大。
4. 设计二的背压比设计一降低了 2KPa 以上，下降了 30%。
5. 以上分析都是在假设了消声器分配了 3KPa 的压降的情况下计算的，在这样的情况 下要使设计一的背压降低 2KPa ，采用设计二是可能的。
排气系统管路流体流动性有限元分析
概述
尾气排放系统的背压是尾气排放系统设计中的重要设计指标。根据提出的要求两种不同设计 的弯管进行有限元分析。 设计一：三块板拼焊圆角；设计二：圆滑过渡圆角。
设计一
设计二
在计算中所需要的数据不足，做了如下假设： 1. 考虑到没有消声器的模型及消声器中有关 CFD的数据，根据对设计一不满足背压的 要求（ <7KPa ），反推出，假设管的出口端压强为 3KPa. 2. 按照 7.164L/r 的流量算出平均质量流量约为 0.36Kg/s ，按照 0.4Kg/s 加载。
湍流动能分布结 250 （k）（m2/s2），从这个 图中可以明显看出设计一的湍流动能大的区域较多，湍 流动能大的区域流体的流动不稳定，流体流动掺混较大， 造成压力下降较大。
结 论
1. 尾气中的流体在设计一的弯头处压力损失较大，在没有任何用圆弧过渡的两块 拼焊板的地方最为明显。

有限元仿真分析学习心得1 有限元分析方法原理有限元分析（FEA，Finite Element Analysis）利用数学近似的方法对真实物理系统（几何和载荷工况）进行模拟。

还利用简单而又相互作用的元素，即单元，就可以用有限数量的未知量去逼近无限未知量的真实系统。

有限元法是随着电子计算机发展而迅速发展起来的一种工程力学问题的数值求解方法。

20世纪50年代初，它首先应用于连续体力学领域—飞机结构静、动态特性分析之中，用以求得结构的变形、应力、固有频率以及阵型。

由于其方法的有效性，迅速被推广应用于机械结构分析中。

随着电子计算机的发展，有限元法从固体力学领域扩展到流体力学、传热学、电磁学、生物工程学、声学等。

随着计算机科学与应用技术的发展，有限元理论日益完善，随之涌现了一大批通用和专业的有限元计算软件。

其中，通用有限元软件以ANSYS，MSC公司旗下系列软件为杰出代表，专业软件以ABAQUS、LS-DYNA、Fluent、ADAMS 为代表。

ANSYS作为最著名通用和有效的商用有限元软件之一，集机构、传热、流体、电磁、碰撞爆破分析于一体，具有强大的前后处理及计算分析能力，能够进行多场耦合，结构-热、流体-结构、电-磁场的耦合处理求解等。

有限元分析一般由以下基本步骤组成：①建立求解域，并将之离散化成有限个单元，即将问题分解成单元和节点；②假定描述单元物理属性的形(shape)函数，即用一个近似的连续函数描述每个单元的解；③建立单元刚度方程；④组装单元，构造总刚度矩阵；⑤应用边界条件和初值条件，施加载荷；⑥求解线性或者非线性微分方程组得到节点值，如不同节点的位移；⑦通过后处理获得最大应力、应变等信息。

结构的离散化是有限元的基础。

所谓离散化就是将分析的结构分割成为有限个单元体，使相邻单元体仅在节点处相连接，而以此单元的结合体去代替原来的结构。

如果分析的对象是桁架或者是刚架，显然可以取每一根杆作为单元，因为这一类结构就是由每一杆件相互连接而成；如果分析二维或是三维的连续介质，就要根据实际物体的形状和对于计算结果所要求的精度来确定单元的形状和剖分方式。

汽车排气歧管温度场的有限元分析郑美茹【摘要】以一款2V发动机的排气歧管为研究对象,模拟排气歧管的工作环境,对其进行了稳态热场与热应力的仿真分析计算.通过分析,发现在排气歧管与发动机汽缸口相连的法兰处存在较大的热应力集中,这些位置就是在长时间使用后有可能发生热断裂的危险区域,因此,对这些位置采取增加加强筋的措施来提高许用应力,就能够取得良好的效果.【期刊名称】《机电工程技术》【年(卷),期】2011(040)009【总页数】4页(P53-56)【关键词】排气歧管;温度场;热传导;热应力;有限元分析【作者】郑美茹【作者单位】陕西铁路工程职业技术学院机电系,陕西渭南 714000【正文语种】中文【中图分类】TP391.71 引言排气歧管是汽车发动机排气系统的重要组成部分，它的工作环境极其恶劣，需要长时间承受高温废气的热冲击和发动机的剧烈振动，在使用中经常出现法兰盘开裂，气道口变形等问题，严重影响排气系统的正常工作［1］。

因此，对排气歧管进行性能分析，具有非常重要的意义。

排气歧管通过螺钉安装在发动机汽缸口，从发动机排出的高温废气直接流入歧管中，随着发动机的长时间运行，排气歧管不断的受到热冲击，在使用中经常出现排气歧管断裂问题，影响发动机正常工作［2］。

因此，需要模拟排气歧管工作环境，计算其在稳态温度场下的温度分布以及由内外壁温差引起的热应力，并以此为基础找出排气歧管断裂原因，提出改进意见。

2 传热理论分析2.1 传热学基础传热是日常生活和工程实际中广泛存在的自然现象，只要有温度差的存在，就一定会出现热量的传递，或者只要有热量的输入和输出，就会引起温度的变化。

由于温度的变化，就会引起结构的应力和应变变化，出现热应力。

发动机排气歧管在正常工作中，内外壁存在一定温差，因此整个歧管就会受到热应力的影响。

2.2 热量传递的基本形式通常把不同类型的传热过程称为不同的传热模式，热传递的三种基本形式:（1）当在静态介质中存在温度梯度时，不论介质是固体还是流体，介质都会发生传热，把这种传热过程称为传导；（2）当一个表面和一种运动的流体处于不同温度时，他们之间发生的传热称为对流；（3）第三种传热模式称为热辐射。