．设计．计算．研究．
某越野车排气系统改进设计
袁守利 肖生浩 刘志恩 朱美颖 赵楠楠
（武汉理工大学） ★
【摘要】针对某越野车在怠速和急加速工况下存在车内噪声过大问题，进行了整车噪声测试试验，确定了排气系
统的尾管噪声是主要噪声源 采用ＧＴ—Ｐｏｗｅｒ软件完成了该车辆排气系统的声学性能分析．在此基础上进行了前置 消声器和后置消声器的改进。结果表明，改进后消声器可使排气尾管噪声得到明显降低，车内声品质得到很大改善。 主题词：越野车排气系统改进
中图分类号：Ｕ４６４文献标识码：Ａ文章编号：１０００—３７０３（２０１２）０７—００１９—０３
Ｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔ Ｄｅｓｉｇｎ ｏｎ Ｅｘｈａｕｓｔ Ｓｙｓｔｅｍ ｏｆ ａ Ｃｒｏｓｓ Ｃｏｕｎｔｒｙ Ｖｅｈｉｃｌｅ
Ｙｕａｎ Ｓｈｏｕｌｉ，Ｘｉａｏ Ｓｈｅｎｇｈａｏ，Ｌｉｕ Ｚｈｉｅｎ，Ｚｈｕ Ｍｅｉｙｉｎｇ，Ｚｈａｏ Ｎａｎｎａｎ
（Ｗｕｈａｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ） 【Ａｂｓｔｒａｃｔ］Ｔｏ ｅｌｉｍｉｎａｔｅ ｅｘｃｅｓｓｉｖｅ ｉｎｔｅｒｉｏｒ ｎｏｉｓｅ ｏｆ ａ ｃｒｏｓｓ ｃｏｕｎｔｒｙ ｖｅｈｉｃｌｅ ｄｕｒｉｎｇ ｉｄｌｉｎｇ ａｎｄ ａｃｃｅｌｅｒａｔｉｏｎ，ｖｅｈｉｃｌｅ ｎｏｉｓｅ ｔｅｓｔ ｉｓ ｍａｄｅ，ｗｈｉｃｈ ｉｄｅｎｔｉｆｉｅｓ ｔａｉｌｐｉｐｅ ｎｏｉｓｅ ｏｆ ｅｘｈａｕｓｔ ｓｙｓｔｅｍ ａｓ ｔｈｅ ｍａｉｎ ｎｏｉｓｅ ｓｏｕｒｃｅｓ．Ｔｈｅ ａｃｏｕｓｔｉｃｓ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ｅｘｈａｕｓｔ ｓｙｓｔｅｍ ｗａｓ ｍａｄｅ ｂｙ ｕｓｉｎｇ ＧＴ—ｐｏｗｅｒ，ａｎｄ ｔｈｅ ｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔｓ ｏｆ ｐｒｅ—ｍｕｆｆｌｅｒ ａｎｄ ｒｅａｒ—ｍｕｆｆｌｅｒ ｗｅｒｅ ｍａｄｅ．Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｉｍｐｒｏｖｅｄ ｍｕｆｆｌｅｒ ｉｓ ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ ｒｅｄｕｃｉｎｇ ｔｈｅ ｅｘｈａｕｓｔ ｎｏｉｓｅ ｃｏｎｓｉｄｅｒａｂｌｙ ａｎｄ ｔｈｅ ｉｎｔｅｒｉｏｒ ｓｏｕｎｄ ｑｕａｌｉｔｙ ｉｓ ｉｍｐｒｏｖｅｄ ｇｒｅａｔｌｙ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：Ｃｒｏｓｓ ｃｏｕｎｔｒｙ ｖｅｈｉｃｌｅ，Ｅｘｈａｕｓｔ ｓｙｓｔｅｍ，Ｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔ
机械设计
！竺！！！！！竺！：坚！！！！竺！！！！型
基于有限元法的汽车正面碰撞分析研究
钱德猛，韩震
安徽江淮汽车股份有限公司技术中心乘用车研究院，安徽合肥２３００２２
摘要：针对汽车开发过程中碰撞试验的周期长．费用高的问题，在某型产品开发过程中采用有限元方法进行Ｔ碰撞
分析，在对计算蛄秉认真分析的基础上，提自Ｔ改进分析的意见，取得Ｔ较圩的鼓果．
关键词：有限元．汽车．硅撞．仿真
随着我国汽车保有量的不断增加，交通事故里上升趋势而
汽车的正碰是发生概率最多的一种，且对车内司乘人员生命财
产安全最具危害性。随着我国正碰安全法规的颁布实薤，汽车
的被动安全性问题是汽车研究和设计人员必须面对的新课题，
所开发车型的耐撞性能最终要通过实车碰撞试验来检验”Ｊ。例
如我国某品牌的越野车在出口德国后．由掉国汽车俱乐部
（ＡＤＡＣ）随机抽检进行了官方碰撞测试，结果被评为该机构
ｉ！【行的碰撞试验的历史上屉差成绩．对国产车造成了难以挽回
的影响。
毫无疑问．宴车试验是ｊ气车安全性研究最准确、箍可靠的
手段，但费用高．周期长，因此为了减少新产品的开发成本，
提高产品竞争力．各汽车厂商都采用了实车试验与计算机模拟
仿真相结台的方法。计算机模拟可以在短时问内对多种方案做
出比较，从而得到满意的改进方案。另外，计算机仿真模拟作
为真实碰撞试验的有效辅助手段。能够太大节省新车型设计改
进的周期和费用Ⅲ。
有限元法是求解非线性问题的有效工具，随着商用有限元
软件的逐步成熟，工程上也越来越多地合用青限元法来进行辅
助分析工作。本文正是在商用软件的基础上，针对国标碰撞法
规ＧＢ】ｌ５５１．２００３进行的仿真模拟，模拟我公司开发设计中的
某型汽车在碰撞过程中重要结构部件的变形。通过对模拟结果
进行分析，分析结构的耐撞性和吸能形式，拄出整车结构中存
在的问题。对重要结构的设计和结构优化提供依据ｐ”】。
１碰撞分析模型的建立
１１整车模型的建立
整车模型的建立以白车身ＣＡＤ三维数模为基础．加Ｅ发
动机、悬架、车轮和座椅模型，按一定标准划分网格后．组成
汽车结构的常规有限元分析
本文介绍了与产品研发同步的5个有限元分析阶段，阐述了有限元模型建立过程中应注意的问题，简单介绍了汽车产品的4种常规分析方法，建立汽车设计标准的方法，以及3个强度分析范例。范例1说明了有限元分析应注意的内容，范例2和3介绍了“应力幅值法”在解决汽车车轮轮辐开裂和汽车发动机汽缸体水套底板开裂问题的应用。
汽车是艺术和技术的结合。一辆好车的主要特点是造型美观、有时代感、结构设计合理、轻量化、材料利用率高，车辆性能先进并且满足国家法规、标准和环保的要求，质量可靠、保养方便、低成本、用户满意、满足市场需求等。在竞争日益激烈的汽车市场，汽车性价比已经成为市场竞争的焦点。采用有限元的常规分析技术，用计算机辅助设计代替经验设计，预测结构性能、实现结构优化，提高产品研发水平、降低产品成本，加快新产品上市。
1. 与产品研发同步的5个有限元分析阶段
在汽车产品研发流程中，一般有如下5个同步的有限元分析阶段：
第0阶段：对样车进行试验和分析；
第1阶段：概念设计阶段的分析；
第2阶段：详细设计阶段的分析；
第3阶段：确认设计阶段的分析；
第4阶段：产品批量生产后改进设计的分析。
有限元分析在产品研发的不同阶段有不同的分析目的和分析内容。有限元分析和试验分析是互相结合和验证的。在详细设计阶段，有些汽车公司对白车身和成品车车身都进行有限元分析，有些汽车公司只对白车身进行有限元分析。
2. 有限元分析的关键环节――建立合理的有限元模型
有限元模型的建立是有限元分析的关键环节。通过力学分析，把实际工程问题简化为有限元分析的问题，提出建立有限元模型的具体意见和方法，确定载荷和位移边界条件，使得有限元分析有较好的模拟（仿真）效果。
前处理自动生成的网格可能存在问题。建立有限元模型的好坏直接影响计算结果的误差和分析结论的正确性。在结构的几何图形上，划分有限元网格是建立有限元模型的主要内容之一。在用有限元分析的前处理自动生成网格时，特别是用常应变单元自动生成有限元网格时要非常注意，有可能存在问题，应引起注意，必要时加以改进。要想用有限元分析前处理自动生成出好的有限元网格也要付出辛勤地劳动。即使在方案比较的情况下，应力和变形的分布规律也不能离谱，计算结果的误差也应在给定的范围之内，建立好的有限元模型与分析经验有关。
CAE实验报告
一、实验目的
本次 CAE 实验的主要目的是对某机械结构在特定载荷条件下的力学性能进行分析和评估，以确定其是否满足设计要求，并为优化设计提供依据。
二、实验对象
实验对象为某型汽车发动机的连杆结构。该连杆在发动机工作过程中承受着周期性的拉伸、压缩和弯曲载荷，其力学性能直接影响发动机的可靠性和耐久性。
三、实验原理
CAE（Computer Aided Engineering）即计算机辅助工程，是一种利用计算机技术对工程结构进行数值模拟和分析的方法。本次实验采用有限元分析（Finite Element Analysis，FEA）方法，将连杆结构离散化为有限个单元，并通过求解节点的位移和应力来获得整个结构的力学响应。
有限元分析的基本原理是基于变分原理，将连续的求解域离散为有限个单元，每个单元通过节点相互连接。通过对每个单元的力学特性进行分析，建立单元刚度矩阵，然后将所有单元的刚度矩阵组装成总体刚度矩阵，再根据边界条件和载荷条件求解总体平衡方程，得到节点的位移和应力。
四、实验设备与软件
本次实验使用的硬件设备为高性能计算机工作站，配备多核处理器和大容量内存，以满足有限元分析的计算需求。
实验所使用的软件为 ANSYS Workbench，这是一款功能强大的
CAE 分析软件，包含了建模、网格划分、求解和后处理等模块，能够方便地对各种工程结构进行分析。
五、实验过程
1、 几何建模
使用三维建模软件（如 SolidWorks）创建连杆的几何模型，并将其导入到 ANSYS Workbench 中。
2、 材料定义
为连杆结构定义材料属性，包括弹性模量、泊松比、密度等。
3、 网格划分
对连杆模型进行网格划分，采用合适的单元类型和尺寸，以保证计算精度和效率。在关键部位（如连杆大头与小头的过渡区域）采用较细密的网格，而在非关键部位采用较粗疏的网格。
4、 边界条件与载荷施加 根据实际工作情况，确定连杆的约束条件和所承受的载荷。约束连杆大头孔的周向位移和轴向位移，在小头孔处施加周期性的拉伸和压缩载荷。
