排气系统模态分析相关条件及参数

汽车排气系统计算模态分析
俞水良;符惠龙
【期刊名称】《机电一体化》
【年(卷),期】2014(0)7
【摘 要】根据企业提供的数据,建立汽车排气系统的三维模型,并对排气系统进行自
由和约束的模态分析,获取了其0~200Hz的各阶固有频率和振型。通过模态分析
了解到排气系统本身的振动属性,分析得到其产生强烈振动的原因,并对结构优化提
出了建议。

【总页数】4页(P47-50)
【关键词】排气系统;模态分析;振动;有限元
【作 者】俞水良;符惠龙
【作者单位】同济大学铁道与城市轨道交通研究院
【正文语种】中 文
【中图分类】U464.134.4
【相关文献】
1.汽车排气系统静力学计算及模态分析 [J], 侯献军;刘志恩;颜伏伍;刘庆
2.基于ANSYS的汽车排气系统模态分析 [J], 何云飞;唐岚;江昊
3.某型汽车排气系统的模态分析 [J], 李祖业;谢华林;龚运息;杨迪新
4.汽车排气系统模态分析与优化 [J], 王娜;毛忠民
5.汽车排气系统模态分析与优化 [J], 王娜;毛忠民
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V ol 38No.1Feb.2018噪声与振动控制NOISE AND VIBRATION CONTROL 第38卷第1期2018年2月文章编号：1006-1355(2018)01-0127-03排气系统模态影响因素研究及应用张慧芳，鲍金龙，范永恒，吕士海，陈岳昌(长城汽车股份有限公司技术中心河北省汽车工程技术研究中心,河北保定071000)摘要：运用CAE 仿真方法，研究排气系统上各个零部件对排气模态振型和频率的影响，分别得出影响振型及频率的关键部件，对前期如何控制排气振动和后期问题整改以及试验相关性分析具有重要指导意义。

关键词：振动与波；排气系统；车内轰鸣；模态振型；模态频率；敏感部件中图分类号：TB53文献标识码：ADOI 编码：10.3969/j.issn.1006-1355.2018.01.025Research of Influencing Factors of Exhaust System ModalsZHANG Hui-fang ,BAO Jin-long ,F AN Yong-heng ,LV Shi-hai ,CHEN Yue-chang(R&D Center Great Wall Motor Company,Automotive Engineering Technical Center of Hebei,Baoding 071000,Hebei China )Abstract :Influence of component parts of the exhaust system on its modal shapes and frequencies is analyzed using CAE simulation method.Some key parts which have large influence on the modals and frequencies are found.This work may be helpful for vibration control,structure improvement and correlation analysis of exhaust systems.Key words :vibration and wave;exhaust system;internal booming noise;modal shape;mode frequency;sensitivity parts汽车NVH 性能是影响乘客舒适性的重要性能之一，其中低频轰鸣问题为常见问题之一，而排气系统是引起低频轰鸣问题产生的主要系统，排气系统可以通过结构和噪声两条路径进入车内引起轰鸣，因此控制排气系统的结构振动，可以有效提高汽车NVH 水平。

汽车排气系统模态仿真与试验分析殷俊;张冰蔚;周鑫;孙小芹;才明嵩;赵彦翔【期刊名称】《江苏科技大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2017(031)002【摘要】在NASTRAN软件环境下,利用有限元方法建立排气系统分析模型,进行汽车排气系统模态仿真,得到汽车排气系统的多阶模态固有频率、振型等参数.运用LMS b软件进行汽车排气系统模态试验,并采用最小二乘复频域法进行试验模态参数识别,最后,将试验结果与数值模拟结果进行对比分析其模态振型和固有频率.结果表明:数值模拟结果和试验结果吻合度很高;在产品开发前期可以利用合理的排气系统仿真模型缩短产品开发周期,减少后期物理样机试验次数;同时也可以为后续的复杂结构开发研究提供依据.%In the NASTRAN software environment,using the finite element method to simulate the vehicle exhaust system mode,the natural frequency and vibration mode of the vehicle exhaust system are obtained.The modal test of the vehicle exhaust system is carried out by using LMS b software.And the modal parameters are identified by using the PolyMAX method.Finally,the experimental results and numerical simulation results are compared and analyzed,and the mode shapes and natural frequencies are compared.The results show that the numerical simulation results and experimental results are in a high degree of agreement.Reasonable exhaust system simulation model can be used to shorten the product development cycle in developing a new product and to reduce late physical prototype testtimes.At the same time,it can provide the basis for the future complex structure research and development.【总页数】5页(P167-171)【作者】殷俊;张冰蔚;周鑫;孙小芹;才明嵩;赵彦翔【作者单位】江苏科技大学机械工程学院,镇江 212003;江苏科技大学机械工程学院,镇江 212003;江苏科技大学机械工程学院,镇江 212003;江苏科技大学机械工程学院,镇江 212003;上海红湖排气系统有限公司,上海 201805;上海红湖排气系统有限公司,上海 201805【正文语种】中文【中图分类】U46【相关文献】1.某型爪极发电机的模态仿真与试验分析 [J], 张浩;贺岩松;徐中明;张志飞2.基于ABAQUS的汽车方向盘模态仿真与试验分析 [J], 徐小剑;段伟3.铁路信号继电器模态仿真与试验分析 [J], 张高廷;曹云东;刘炜4.某型火箭弹模态仿真与试验分析 [J], 刘苗苗;胡晓东;李文武;赵双双;蒋学乔;赵保全;吴树雄5.鱼雷湿模态仿真与试验分析 [J], 赵琪;郭君;曹栋;王红瑞;单志雄因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

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。

论汽车排气系统动态响应特性及强度分析摘要：针对当前的汽车排气系统结构的特点，从提升汽车的NVH性能的角度出发，利用有限元分析的方式探讨了汽车排气系统模态及频率响应的相关工作，并最后验证了排气系统强度情况，希望对全面促进汽车排气系统的优化设计有所帮助。

关键词：汽车设计，排气系统，动态响应特性，强度分析在新时代的背景下，随着人们经济实力的逐步提升，大众对于汽车的要求越来越高。

为了保障汽车乘坐的舒适性，我们应充分重视如何优化汽车的排气系统，并应全方位加强关于其振动问题的研究工作。

对于正在运行状态的汽车来说，排气系统在相应的发动机的周期性动载荷的影响下，容易造成排气系统振动问题，造成整体的零部件及吊挂系统零部件的可靠性大大下降。

借助于排气系统橡胶吊挂软垫的情况，能进行相应的周期振动传递，会造成车身结构的噪声振动平顺性等受到不同程度的影响，这就应结合车辆的实际工况要求来分析并优化相应的排气系统振动特性。

1 排气系统有限元模型在进行汽车排系统模型构建的过程中，主要涉及到的关键性部件为管道、主消声器、后消声器、减振波纹管、连接法兰、橡胶吊耳等部件。

对于前端法兰盘来说，起到了实现连接发动机的作用，而中间法兰盘则是进行管道的连接，在挂钩的位置，能利用橡胶吊耳悬挂相应的车厢地板面情况。

这里结合某车型的排气系统进行三维模型的构建，并能结合相应的零部件质量部分，构建相应的有限元模型，并结合网格划分的情况来进行相应的简化。

对于减震波纹管来说，这里选择有限元中的零长度的弹簧单元情况，能将其相应的刚度值通过局部坐标系来进行赋值处理；对于动力总成来说，这里选择横置的方式，通过plot单元模拟动力总成轮廓，这里明确动力总成质心的要求，能满足于plot单元刚性连接的要求，能结合实际来落实具体的转动惯量和质心集中质量在动力总成中；针对连接法兰情况来说，这里选择rbe2模型来设置相应的两个法兰间；对于前后消声器来说，考虑到其具有较为复杂的内部结构，采用结构化网格方式处理具有一定的难度，这里主要选择前后消声器的外壳的合理化网格划分，并进行相应的技术处理；对于动力总成悬置及橡胶吊耳来说，主要是类似于波纹管的情况，落实相应的无阻尼的弹簧单元的情况来进行相关的模拟分析和思考。

汽车排气系统的三维设计和有限元分析摘要：排气系统是车辆的重要组成部分，负责发动机尾气排放。

它的降噪、尾气净化和压力损失等问题已被广泛的关注，但其静力学特性却没有引起足够的重视。

传统的排气系统同发动机和车体相连，排气系统的静力学特性的好坏对排气系统的寿命有较大影响，影响到汽车的整体性能以及人们对车辆的主观评价。

在使用UG建立排气消声器模型后，利用ANSYSWORKBENCH对所建立的排气消声器模型进行静力学分析。

通过该分析为消声器的设计提供理论依据以及方法。

关键词：排气系统；静力学分析；建模为了降低发动机排放对环境和乘员造成的不良影响，排气系统作为一个重要的组成部分被引入到车辆中来。

它的主要作用是将发动机工作时产生的废气经过处理排出并且降低排气噪声。

它的质量的优劣直接关系到车辆的动力性、舒适性和排放标准，另外，它对发动机的效率和使用寿命也会产生影响。

所以排气系统甚至是评价整车性能的一个标准。

而排气系统的寿命与许多因素有关，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。

1排气系统的功能和设计排气系统的主要功能是排放和降噪，排气系统主要由：排气管、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。

而且对于某些大功率的发动机，由于噪声比较大，往往汽车生产商会外加一个副消声器以满足法规对噪声排放的要求。

排气系统看似只是简单的管道，实际设计中不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。

在排气系统的设计中，由于发动机的布置原因，导致发动机的排气口是水平方向，所以与发动机排气口相连接的排气管必须也设计成水平方向，由于该型车的车架悬挂点不足，所以在放置消声器时只能悬挂在特定的几个地方，而发动机的排气孔又是水平方向的，这就必然导致排气管通过弯曲的方式来满足排气系统布置上的要求。

汽车排气系统总成模态分析作者：王帅杜长远杨蓓来源：《科技视界》2020年第19期摘要汽车排气系统的振动对汽车舒适性和排气系统寿命有重要的影响，文章利用SolidWorks 软件建立某轿车排气系统的装配体模型，利用HyperMesh和ANSYS联合仿真有限元分析方法，对汽车排气管后消声器总成模型进行模态分析。

通过模态分析结果，分析汽车排气系统振动频率及危险位置，分析结果对相关排气系统后消声器总成设备进行优化设计有指导意义。

关键词汽车排气系统;模态分析;有限元方法中图分类号： U464.134.4 ; ; ; 文献标识码： ADOI：10.19694/ki.issn2095-2457.2020.19.018AbstractThe vibration of the car’s exhaust system has an important influence on the comfort of the car and the life of the exhaust system.In this paper，the SolidWorks software is used to build the assembly model of a car exhaust system. The modal analysis of the rear exhaust muffler assembly model of the automobile exhaust pipe is carried out by Hyper Mesh and ANSYS joint simulation finite element analysis.Through the modal analysis results， the frequency and dangerous position of the vehicle exhaust system vibration are analyzed.The analysis results have important guiding significance for the design of the exhaust muffler assembly exhaust system.Key WordsVehicle exhaust system;Modal analysis;Finite element method0 引言隨着汽车行业的高速发展，汽车轻量化是主要发展方向之一[1]，除了汽车的安全性，汽车的舒适性也越来越受到重视。

图1排气系统模型1.2建立有限元模型利用Ansys workbench有限元分析软件建立三元催化器的有限元模型。

几何模型导入到有限元分析软件后，对模型进行前处理，前处理包括模型简化、网格划分、料属性、载荷及约束施加等。

排气系统一般由排气管、催化转化器、氧传感器座、模态分析模态分析是对结构动态特性的解析分析和实验分析，其结构动态特性用模态参数来表示，在数学上，模态参数可定义为力学系统运动微分方程的特征值和特征向量，物理意义是实验测得的系统固有频率和振型[4]。

根据发动动机激励频率根据下面公式计算得出：式中，i为气缸数，从以上论述中可知，排气系统的第1阶固有频率要设计成发动机最大激励频率以上，从仿真计算的结果来看，排气系统第1阶的模态频率为165.28Hz，通过计算得到的发动机的最大激励频率为137.5Hz，虽然超过发动机的最大激励频率，但考虑模态和模态之间的相互影响，一般经验上要考虑1.5倍的安全因子，即排气系统的第1阶模态频率超过200Hz。

显然目前排气系统的结构有产生共振的风险，需要对其结构进行优化设计，提高系统的整体刚度，图2排气系统有限元模型（b）第6阶振型图3排气系统第1阶和第6阶振型（a）第1阶振型何辅助支撑。

根据排气系统与发动机的相对位置及周边边对该排气系统支架结构进行重新设计。

将支架设计为铸造件，材料为球铁，厚度为8mm。

具体结构如图对优化后的排气系统模型再次重新进行模态分析，界条件与原始模型仿真保持一致，仿真结果如表3所示。

对比模型优化前后的仿真结果来看，优化后的第1模态频率为273.55Hz，远远超过发动机最大激励频率且超过1.5倍最大激励频率，有效避开了发动机从怠速到最高转速的频率范围，满足排气系统设计要求。

Ansys workbench有限元分析软件对某乘用车排气系统进行了模态分析，得到了系统的固有频率，并与计算出的发动机最大激励频率比较，为避开发动机的激励频对排气系统的结构进行优化设计，再次计算的结果表图4优化后的排气系统模型优化后的支架。

排气歧管热模态仿真分析Thermal modal analysis of exhaust manifold李党育1，杨俊岭2LI Dang-yu 1, YANG Jun-ling 2（1.南阳理工学院 机械与汽车工程学院，南阳 473000；2.西峡县内燃机进排气管有限责任公司，西峡 474500）摘 要：对排气歧管热模态进行基础研究，对排气歧管热模态的数值模拟分析流程进行了阐述。

以某汽油发动机排气歧管为研究对象，采用STAR-CCM+对排气歧管流场进行分析，计算稳态流场的温度分布和歧管内壁面与废气的对流换热系数；然后通过ABAQUS采用流固耦合方法计算排气歧管的固体域温度场及热应力，作为热模态分析的边界条件；最后由ABAQUS完成排气歧管工况条件下热模态分析计算。

关键词：排气歧管；热模态；STAR-CCM+；ABAQUS 中图分类号：TH113 文献标识码：A 文章编号：1009-0134(2017)10-0051-04收稿日期：2017-06-07基金项目：河南省科技攻关项目（112102213105）作者简介：李党育（1969 -），男，河南南阳市人，教授级高级工程师，硕士，研究方向为机械设计与制造、铸造工艺。

0 引言在工程结构的设计中振动问题是设计必须考虑的一个方面，主要目的是为了避免结构的共振，振动疲劳与疲劳问题一样都可以导致结构失效。

模态是机械结构固有的振动特性，研究振动问题的实质就是研究结构的模态。

随着汽车可靠性和舒适性的要求越来越高，在汽车排气系统模态分析方面学者们进行了大量的研究。

智淑亚[1]等通过对影响排气系统振幅和噪音的因素研究，改变排气系统挂钩吊耳的悬挂位置，实现对排气系统的优化设计。

陈东兴[2]等利用ABAQUS对排气歧管及三元催化器总成进行常温模态分析，计算得到排气歧管总成的振动频率和固有振型。

朱凌云[3]等对某发动机的排气歧管总成系统（包括缸盖、排气歧管、增压器、催化器等零件），进行常温、设置某一固定温度（不同零件设置不同温度）、施加温度场分布三种条件下的模态分析，结果表明基于温度场分布的模态分析方法更能准确反映排气歧管总成系统在高温工况下的振型与频率。