基于逆向工程的汽车排气系统结构优化设计

发布时间：2017-08-26 23:31

  本文关键词：基于逆向工程的汽车排气系统结构优化设计

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【摘要】：近年来,我国汽车保有量不仅数量庞大而且保持较快的增长速度。随之而来的空气和噪声污染等环境问题也越来越受到人们的重视,不仅如此,现在人们对汽车各方面的性能要求也越来越多,比如:性价比高、安全、舒适性好等。针对以上问题,其中一个重要工作就是设计一款品质优良的排气系统,它不仅能缓解汽车发动机引起的空气和噪声污染等环境问题,而且在提高整车NVH性能方面也有着非常重要的作用。另外,面对国外龙头车企严峻的挑战,民族车企要想有立足之地就必须不断进行自主知识产权创新,形成自己的汽车设计体系并对市场需求有着敏捷的反应,力求用最短时间生产出适应市场需求的优质产品。因此在我国民族车企起步晚,研发技术和管理经验都相对落后的状况下,逆向工程技术与CAE分析技术的联合应用在汽车设计领域被广泛应用。本文结合实际项目,第一部分首先利用三维激光扫描仪对标杆车排气系统进行实物扫描,获得其表面三维点云数据。利用大型三维CAD建模软件CATIA的逆向工程模块对数据进行预处理,然后对处理好的数据进行三维建模,由于排气系统主体是典型的3D弯管类薄壁结构,因此本文重点介绍了对本类问题的逆向建模方法,最后结合底盘硬点布置,获得了排气系统最终三维数模。第二部分应用大型商用CFD分析软件ANSYS FLUENT对其冷端内流场的压力场,温度场,速度场和湍动能场进行模拟,并对模拟结果进行了理论分析,发现引起压力损失,能量损耗以及湍动能的原因主要是由主消内的进、出气内插管的插入深度,隔板位置,以及它们上面的微孔数量等造成的。针对分析结果并结合相关理论知识,对其进行优化改型设计,主要措施是缩短了进、出气内插管的入口深度,同时为了过渡因流域截面突变而引起的速度骤增,涡流等现象的产生,将出气内插管口改成了喇叭状,结构改进后又进行了内流场CFD分析。通过对比发现,改进后,减少了主消内喷射流,涡流以及回旋流的产生,使多种流态气体的运动趋于相对平稳的状态,缓解了因势核、干涉,碰撞等原因造成的阻力增大、能量损耗的状况。改进后达到了项目要求。最后,应用大型动力学分析软件NASTRON对排气系统进行有约束模态分析,得到了其固有频率与整车固有频率的关系,并找到了整个系统中振点较小的位置,为吊耳的布置提供了理论参考依据。通过逆向工程技术和有限元分析技术的联合应用,最终高效的获得了一个与标杆车相似但又不至于侵权,而且在性能上又对原有车型有所超越的新排气系统。而且这种方法也为以后消声器的设计提供了一种新的参考。
【关键词】：排气系统 逆向工程 流体分析 模态分析
【学位授予单位】：河南工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：U464.134.4
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-11
• 第1章 绪论11-22
• 1.1 课题研究背景及意义11-12
• 1.2 排气系统的设计及其国内外研究现状12-16
• 1.2.1 排气系统概述12-14
• 1.2.2 国内外研究现状14-16
• 1.3 逆向工程概述及国内外的研究现状16-19
• 1.3.1 逆向工程概述16-19
• 1.3.2 国内外的研究现状19
• 1.4 逆向工程与有限元技术在微客车排气系统设计中的联合应用19-20
• 1.5 本文研究内容20-22
• 第2章 排气系统三维数据采集及处理22-26
• 2.1 三维数据采集22-23
• 2.1.1 点云数据概述22
• 2.1.2 数据采集设备及方法22-23
• 2.2 数据处理23-25
• 2.3 本章小结25-26
• 第3章 排气系统曲面重建26-34
• 3.1 坐标对齐26-27
• 3.2 确定数模构建基准27
• 3.3 数模重建27-29
• 3.4 排气系统主要参数匹配计算29-33
• 3.4.1 系统设计说明29-30
• 3.4.2 输入条件30
• 3.4.3 系统设计与验证30-33
• 3.5 本章小结33-34
• 第4章 排气系统内流场数值模拟34-52
• 4.1 计算流体力学基本理论34-40
• 4.1.1 计算流体力学概述34-36
• 4.1.3 流体动力学控制方程36-38
• 4.1.4 求解算法38-39
• 4.1.5 计算流体力学求解过程39-40
• 4.2 仿真建模40-44
• 4.2.1 计算域模型40-41
• 4.2.2 计算域模型简化41
• 4.2.3 内流道抽取41-42
• 4.2.4 网格划分42-43
• 4.2.5 计算模型选定43
• 4.2.6 边界条件设置43-44
• 4.3 结果分析44-51
• 4.3.1 主消内流场分析44-49
• 4.3.2 副消声器内流场分析49-51
• 4.4 本章小结51-52
• 第5章 排气系统结构优化设计52-58
• 5.1 改进目标52
• 5.2 改进措施52-53
• 5.3 改进前后流场对比53-57
• 5.3.1 压力场对比53-54
• 5.3.2 温度场对比54-55
• 5.3.3 速度场对比55-56
• 5.3.4 湍动能场对比56-57
• 5.5 本章小结57-58
• 第6章 排气系统的约束模态分析58-64
• 6.1 任务的描述58
• 6.2 模态分析理论及相关软件简介58-59
• 6.3 模型网格划分59
• 6.4 配重描述59-60
• 6.5 边界条件60
• 6.6 分析结果60-63
• 6.7 本章小结63-64
• 第7章 总结与展望64-67
• 7.1 论文总结64-66
• 7.2 论文展望66-67
• 参考文献67-72
• 致谢72-73
• 个人简历73

【参考文献】

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1 石诺;基于逆向工程的三维数字化测量技术研究[D];长春理工大学;2013年

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本文编号：743241