某乘用车排气系统的结构强度分析与改进

发布时间：2017-09-24 15:48

  本文关键词：某乘用车排气系统的结构强度分析与改进

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【摘要】：排气系统是内燃机汽车的重要组成部分,负责燃烧废气的净化和排气噪声的降低。其工作环境极其恶劣,要承受发动机的机械振动、路面不平度激励,还要承受排放气体和道路污水的腐蚀作用。若其结构设计不合理,将导致结构的过早破坏,影响其排放和降噪的功能。本文结合某车型排气系统的开发过程,运用CAE分析技术,对该车型排气系统的结构强度进行分析与改进。建立了以壳单元为主,体单元和一维单元为辅的排气系统有限元模型;通过数值自由模态与试验自由模态的模态频率和模态振型的对比,验证了所建立有限元模型的准确性。利用Patran软件计算了整个排气系统所有单元的平均驱动自由度位移值,结合空间布置等初步确定排气系统的悬挂位置,并通过静力学分析对悬挂位置进行验证。针对排气系统在重力作用下5#挂钩受力超过工程要求的问题,通过改变挂钩的布置方向使5#挂钩的受力从52.3N降至45.9N,同时挂钩的受力均衡性也得到改善;4g加速度作用下引起的应力值均小于材料屈服极限,挂钩的一阶模态都大于250Hz,结果满足工程要求。对排气系统进行约束模态分析,通过试验保证了约束模态结果的可靠性。分析发现在发动机怠速激励频率24Hz-25.7Hz,经济转速激励频率80Hz,路面的X向主要激励频率12.84Hz,路面的Y向主要激励3.19Hz和Z向主要激励频率8-10Hz附近未出现排气系统的模态频率,据此判断排气系统不会与周边激励耦合共振。使用模态瞬态分析法计算了排气系统与路面主要激励频率耦合与不发生耦合两种状况下的应力曲线,验证了耦合情况下将产生更大的应力,强调考虑路面激励频率的必要性。结合排气系统局部结构的试验装置,确定局部结构的分析模型,进行局部结构的疲劳耐久分析,针对后消声器进口区域耐久次数只有7.98万的问题,通过添加支架加强了其结构强度,使仿真次数达到了44万。通过试验验证了局部结构的合理性,并与仿真结果进行了对比,说明仿真分析能较准确的预测开裂位置且仿真次数较接近试验次数。
【关键词】：排气系统 结构强度 悬挂位置 模态耦合分析 局部结构耐久分析
【学位授予单位】：华南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U464.134.4
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-11
• 第一章 绪论11-18
• 1.1 研究背景和意义11-13
• 1.2 国内外研究现状13-16
• 1.2.1 国外研究现状13-15
• 1.2.2 国内研究现状15-16
• 1.3 本文主要研究内容16-18
• 第二章 排气系统有限元建模及模型验证18-34
• 2.1 有限元分析概述18-19
• 2.2 排气系统有限元模型建立19-26
• 2.2.1 催化器19-20
• 2.2.2 法兰与法兰连接20-21
• 2.2.3 消声器21-22
• 2.2.4 挂钩和排气管路22-23
• 2.2.5 波纹管和吊耳23-25
• 2.2.6 焊缝结构25
• 2.2.7 动力总成25-26
• 2.3 排气系统模型验证26-33
• 2.3.1 模态分析基本理论26-27
• 2.3.2 数值自由模态27-28
• 2.3.3 试验自由模态28-30
• 2.3.4 试验结果与仿真结果对比30-33
• 2.4 本章小结33-34
• 第三章 排气系统悬挂位置选取34-44
• 3.1 悬挂位置选取理论基础34-35
• 3.2 悬挂位置的初步确定35-37
• 3.3 悬挂位置的验证37-41
• 3.3.1 重力分析37-38
• 3.3.2 挂钩布置方向改善38-40
• 3.3.3 极限工况应力分析40-41
• 3.4 挂钩模态分析41-42
• 3.5 本章小结42-44
• 第四章 排气系统模态耦合分析44-59
• 4.1 排气系统激励源介绍44-45
• 4.2 发动机的机械振动激励45-46
• 4.3 路面激励46-50
• 4.3.1 汽车零部件动态载荷获取方法46-47
• 4.3.2 排气系统试验场耐久试验47
• 4.3.3 路面激励主要频率分析47-50
• 4.4 排气系统模态耦合分析50-58
• 4.4.1 约束模态分析50-55
• 4.4.2 模态耦合分析55-56
• 4.4.3 路面激励对应力影响分析56-58
• 4.5 本章小结58-59
• 第五章 排气系统局部结构强度分析与改进59-69
• 5.1 疲劳分析概述59-60
• 5.2 有限元疲劳分析法60
• 5.3 局部结构的疲劳分析与改进60-68
• 5.3.1 局部结构分析模型61-62
• 5.3.2 焊缝区域疲劳耐久计算62-65
• 5.3.3 后消进口的结构加强65-66
• 5.3.4 耐久试验验证66-68
• 5.4 本章小结68-69
• 结论69-72
• 总结69-70
• 展望70-72
• 参考文献72-76
• 攻读硕士学位期间取得的研究成果76-77
• 致谢77-78
• 附件78

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本文编号：912281