汽车排气系统振动疲劳特性研究

发布时间：2017-07-25 17:29

  本文关键词：汽车排气系统振动疲劳特性研究

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【摘要】：排气系统作为降低发动机噪声和减少废气污染物的重要组成部分,在路面激励和发动机激励等复杂载荷的作用下将产生剧烈的振动,而排气系统的振动将导致其产生较大的动变形,进而引起较大的动应力,同时由于排气系统受到发动机的高温气体的作用,在其管壁内还会产生一定的热应力,而且排气系统是由多个组成部分焊接而成,因此应力集中也是一个不容忽视的因素。因而在对排气系统进行振动疲劳特性分析时,不仅要考虑动应力的影响,而且还要考虑热应力及应力集中的影响。本文以排气系统为研究对象,在综合考虑动应力、热应力和应力集中对排气系统应力的影响的情形下,对排气系统振动疲劳特性进行了研究。主要内容包括：首先,以排气系统为研究对象,综合考虑发动机、车身及车桥对其的影响,将排气系统、发动机、车身及车桥视为一个集成系统,建立考虑整车影响的排气系统力学模型,然后推导得出该集成系统的动能表达式和势能表达式,接着代入拉格朗日方程建立考虑整车影响的排气系统动力学模型,为分析排气系统的固有特性以及动态响应提供了理论基础。其次,考虑到路面激励的随机性,采用三角级数对路面激励进行描述;直列四缸发动机一阶往复惯性力和一阶、二阶往复惯性力矩都是平衡的,只有二阶往复惯性力及其产生的倾覆力矩不平衡,成为了发动机振动的主要原因。在所建立的动力学模型的基础上,根据路面激励和发动机激励对排气系统的影响,分析其振动特性,为得出排气系统的动应力提供了理论依据。然后,基于排气系统的动态响应,同时考虑热应力及应力集中对排气系统总应力的影响,进而得出任意位置的动应力。应用半波处理方法,将动应力分成若干个半波,根据排气系统的结构特点和振动特性,考虑与排气系统裂纹相关的参数,建立排气系统疲劳裂纹扩展模型,揭示振动特性、结构参数与疲劳特性之间的关系。研究表明：排气系统在强迫振动情形下裂纹的形成与扩展速率受到热应力和动应力的共同影响,而在排气系统产生共振时,动应力远大于热应力。最后,通过实例仿真分析了排气系统的动态特性和疲劳裂纹扩展情况,探明了振动特性与疲劳特性之间的内在联系,从而验证本文理论研究的正确性和可行性。
【关键词】：汽车排气系统 振动特性 热应力 动应力 疲劳特性
【学位授予单位】：广西大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U464.134.4
【目录】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-11
• 符号说明11-15
• 第一章 绪论15-22
• 1.1 论文选题背景和意义15-17
• 1.2 汽车排气系统振动疲劳特性研究现状17-20
• 1.2.1 汽车排气系统振动特性研究现状17-18
• 1.2.2 汽车排气系统振动疲劳特性研究现状18-20
• 1.3 本文研究内容20-22
• 第二章 考虑整车影响的排气系统动力学模型22-35
• 2.1 引言22-23
• 2.2 考虑整车影响的排气系统力学模型23-24
• 2.3 考虑整车影响的排气系统动力学模型24-34
• 2.3.1 排气系统-发动机-车身-车桥的动能26-29
• 2.3.2 排气系统-发动机-车身-车桥的势能29-33
• 2.3.3 排气系统-发动机-车身-车桥系统动力学模型33-34
• 2.4 本章小结34-35
• 第三章 汽车排气系统动力学特性分析35-41
• 3.1 引言35
• 3.2 路面随机激励特性35-36
• 3.3 发动机激励特性36-37
• 3.4 汽车排气系统固有特性分析37-39
• 3.5 汽车排气系统动态响应39-40
• 3.6 本章小结40-41
• 第四章 汽车排气系统振动疲劳特性分析41-50
• 4.1 引言41-42
• 4.2 汽车排气系统的应力分析42-44
• 4.2.1 考虑应力集中的排气系统动应力分析42-43
• 4.2.2 排气系统的热应力分析43-44
• 4.2.3 排气系统的总应力44
• 4.3 汽车排气系统振动疲劳裂纹扩展模型44-49
• 4.3.1 排气系统总应力的半波处理45
• 4.3.2 排气系统振动疲劳裂纹扩展模型45-49
• 4.4 本章小结49-50
• 第五章 汽车排气系统动力学特性及振动疲劳仿真分析50-65
• 5.1 前言50
• 5.2 实例仿真计算流程50-52
• 5.3 梁单元模拟管结构的仿真与实验对比分析52-53
• 5.4 汽车排气系统应力仿真分析53-60
• 5.5 排气系统振动疲劳寿命仿真分析60-64
• 5.6 本章小结64-65
• 第六章 全文总结与研究展望65-67
• 6.1 全文总结65-66
• 6.2 研究展望66-67
• 参考文献67-71
• 附录71-80
• 致谢80-81
• 攻读硕士学位期间发表论文及获授权专利情况81

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本文编号：572455