汽車排氣消聲系統(tǒng)振動與模態(tài)分析.pdf

1、有限元法是結構動力學分析方法之一，如果模型包含較多自由度，分析效率將會很低，因此降低有限元模型的自由度有非常重要的作用，并且可以在設計和分析階段使模型各個部分相互獨立。使用子結構模態(tài)來代替系統(tǒng)結構模態(tài)來描述子結構物理位移的方法被稱為子結構耦合或者子結構模態(tài)分析方法，這種方法是可以用來縮減系統(tǒng)自由度，改進有限元方法。有限元分析技術也經常用于結構模態(tài)分析，模態(tài)分析是用模態(tài)頻率、模態(tài)振形、阻尼因子等參數來表征系統(tǒng)的動力學特性的一種處理方法，并

2、且可以使用這些參數建立系統(tǒng)動態(tài)特性的數學模型，這種數學模型被稱為系統(tǒng)模態(tài)模型并且它的特性可以通過模態(tài)數據來獲得，所以模態(tài)分析是機械設計的基礎和關鍵，其基本原理是用獨立的差分方程來描述機構特性從而獲得系統(tǒng)的模態(tài)頻率和模態(tài)參數。模態(tài)分析已經有廣泛的應用，比如機械工程、航空工程等。
　　 另外，靈敏度分析方法也是一種有效的設計方法，它是分析設計變量的變化對目標函數和約束函數的影響，主要為了使各結構參數滿足結構動力學的設計要求。汽車排氣

3、消聲器本身的振動對汽車NVH 有重要影響，分析其模態(tài)參數及靈敏度對有非常重要的作用，以幫助設計者達到設計要求，比如最大或者最小化模態(tài)頻率、應力和位移等。如果系統(tǒng)的激勵頻率與模態(tài)頻率接近，系統(tǒng)將共振，其中一個解決措施是改變消聲器與車身的懸掛點。通過本文的分析可以合理的選擇懸掛點位置。
　　 論文首先介紹了兩種縮減模態(tài)的方法：Raleigh Ritz 法和子結構模態(tài)綜合法（CB）。這兩種方法使用一個包含兩部分的梁模型進行驗證，其中每

4、個部分可以劃分多個子系統(tǒng)，分析結果與FEM 進行了比較，并得到特征值和特征向量的誤差。
　　 同時這兩種方法也被用用于在梁的節(jié)點處施加彈簧的模型，傳統(tǒng)和非傳統(tǒng)的方法誤差很小，Raleigh Ritz 法比CB 法特征值計算結果與FEM 更接近。改進的縮減模型（IRS）對整個系統(tǒng)的模態(tài)模型有更精確的估算。Rayleigh Ritz 向量是一種尋找最小特征值和特征向量的一般方法。本文比較了IRS，Raleigh Ritz和壓縮（co

5、ndensation）方法，并建立數學模型，分析結構表明IRS 方法很接近于FEM 方其次研究了模態(tài)分析方法及其在汽車消聲器中的應用。通過UG 建立消聲器幾何模型，并使用Altair hyper work-hyper mesh 劃分網格，而后使用MSC.patran 進行了模態(tài)分析，同時分析了結果的模態(tài)判定矩陣（MAC）。
　　 對消聲器系統(tǒng)進行了靈敏度分析，使用UG 建立幾何模型，MSC.NASTRAN進行優(yōu)化分析，通過加權綜

6、合得到節(jié)點位置。從而得到一個合適的懸掛點范圍，使排氣系統(tǒng)的振動與車身隔離。懸掛點選取的理論基礎是平均驅動自由度位移（ADDOFD）。同時本文分析了模態(tài)頻率、位移、應力對消聲器板厚度的靈敏度，其中板厚度的變化對應力的影響非常大，該分析結果對結構疲勞分析特別重要，任何系統(tǒng)都必須達到材料的應力要求，厚度的增大相應的應力也增大，盡管增大了板的厚度可以使系統(tǒng)更安全，但是系統(tǒng)的重量也增加了，設計者必須對這些參數進行優(yōu)化以達到最好的性能。位移靈敏度分