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(jié)構(gòu)動力學(xué)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(shè)計和分析階段使模型各個部分相互獨立。使用子結(jié)構(gòu)模態(tài)來代替系統(tǒng)結(jié)構(gòu)模態(tài)來描述子結(jié)構(gòu)物理位移的方法被稱為子結(jié)構(gòu)耦合或者子結(jié)構(gòu)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(jìn)有限元方法。有限元分析技術(shù)也經(jīng)常用于結(jié)構(gòu)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(shù)來表征系統(tǒng)的動力學(xué)特性的一種處理方法，并

2、且可以使用這些參數(shù)建立系統(tǒng)動態(tài)特性的數(shù)學(xué)模型，這種數(shù)學(xué)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(shù)據(jù)來獲得，所以模態(tài)分析是機(jī)械設(shè)計的基礎(chǔ)和關(guān)鍵，其基本原理是用獨立的差分方程來描述機(jī)構(gòu)特性從而獲得系統(tǒng)的模態(tài)頻率和模態(tài)參數(shù)。模態(tài)分析已經(jīng)有廣泛的應(yīng)用，比如機(jī)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(shè)計方法，它是分析設(shè)計變量的變化對目標(biāo)函數(shù)和約束函數(shù)的影響，主要為了使各結(jié)構(gòu)參數(shù)滿足結(jié)構(gòu)動力學(xué)的設(shè)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(shù)及靈敏度對有非常重要的作用，以幫助設(shè)計者達(dá)到設(shè)計要求，比如最大或者最小化模態(tài)頻率、應(yīng)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(jié)構(gòu)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(jìn)行驗證，其中每

4、個部分可以劃分多個子系統(tǒng)，分析結(jié)果與FEM 進(jìn)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(jié)果與FEM 更接近。改進(jìn)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(shù)學(xué)模型，分析結(jié)構(gòu)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(yīng)用。通過UG 建立消聲器幾何模型，并使用Altair hyper work-hyper mesh 劃分網(wǎng)格，而后使用MSC.patran 進(jìn)行了模態(tài)分析，同時分析了結(jié)果的模態(tài)判定矩陣（MAC）。
　　 對消聲器系統(tǒng)進(jìn)行了靈敏度分析，使用UG 建立幾何模型，MSC.NASTRAN進(jìn)行優(yōu)化分析，通過加權(quán)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(chǔ)是平均驅(qū)動自由度位移（ADDOFD）。同時本文分析了模態(tài)頻率、位移、應(yīng)力對消聲器板厚度的靈敏度，其中板厚度的變化對應(yīng)力的影響非常大，該分析結(jié)果對結(jié)構(gòu)疲勞分析特別重要，任何系統(tǒng)都必須達(dá)到材料的應(yīng)力要求，厚度的增大相應(yīng)的應(yīng)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(shè)計者必須對這些參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化以達(dá)到最好的性能。位移靈敏度分