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排气系统结构振动特性分析与优化
| 论文题名： | 排气系统结构振动特性分析与优化 |
| 关键词： | 排气系统;振动控制;动力学分析;多目标优化;内燃机汽车 |
| 摘要： | 排气系统作为内燃机汽车的重要组成部件，用来净化尾气与减小噪音。其工作品质直接影响整车的性能标准，如振动、噪声和废气的排放量等。正向开发时必须重视排气系统与整车参数的匹配，而运用传统的振动理论难以研究作为多自由度非线性系统的排气系统。 本文选取某乘用车的排气系统作为研究对象，基于Hypermesh建立排气系统的有限元模型，进行数值自由模态分析。以自由模态试验验证了数值模型的精确度，结果表明固有频率的试验值与仿真值的差在3％以内，主要试验振型与仿真振型也基本一致。 开展排气系统的静力学分析，可知排气系统的静载荷分布并不均匀，五个吊耳的静态预载力不均匀。开展排气系统的动力学分析：包括吊耳的约束反力频率响应分析，挂钩的动刚度分析，橡胶吊耳的传递率分析。可知在低频段(20Hz左右)，吊耳传递的动态力极值较大且不均匀。挂钩动刚度在低频段偏小且波动较大，橡胶吊耳的传递率在低频段较低。隔振系统基本能满足设计需要但性能却不优秀，需要进一步优化。 针对系统存在的问题，对其开展隔振性能的优化。首先，基于综合模态节点法对原有的挂钩位置实行初步优化，使排气系统具有更小的振动和更加均匀的静载荷分布。此外，文中对于吊耳的结构也进行了优化设计，解决了旧吊耳无绝对约束和可选刚度区间较窄的问题。重新设计后的吊耳具有金属框架约束，可约束较大变形并且刚度选择区间较大。此举对于隔振系统出现的刚度偏小的问题进一步进行了改进。接着进行了新旧吊耳的性能对比，由结论知新吊耳拥有了较小的静位移与更优的传递率特性。 最后将排气系统波纹管刚度与吊耳的垂向刚度作为优化的设计变量，解得波纹管刚度与吊耳垂向刚度的最佳匹配结果组。文中先后设计正交试验和进行基于吊耳静动态性能的多目标优化，分别求解优化后模型的静动态性能。由计算结果可知，此举使得排气系统获得了更好的静动态性能：在静态性能方面，优化后5个吊耳静位移均小于3mm，吊耳预载荷没有之前均匀，静态约束反力的标准差由3.98升高到4.12。在动态特性方面，吊耳的最大动载荷峰值相对优化的值之前下降了13.76N，而且各个吊耳传递的动态力变得更为均匀，其标准差由6.01下降到5.34。 本文建立的关于排气系统振动控制的优化流程实际可操作。初期配合底盘位置进行挂钩位置优化，后期用改变波纹管与吊耳刚度这一直观方法进行排气系统振动特性的继续优化。利用软件Isight求最优解使得寻优过程更加省时省力，使得整个优化过程更有效率。 |
| 作者： | 曹丹青 |
| 专业： | 车辆工程 |
| 导师： | 潘公宇 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 江苏大学 |
| 学位年度： | 2016 |
| 正文语种： | 中文 |
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