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车用排气波纹管多场耦合分析与结构优化设计
| 论文题名： | 车用排气波纹管多场耦合分析与结构优化设计 |
| 关键词： | 汽车排气波纹管;多场耦合仿真;结构参数;力学性能;优化设计 |
| 摘要： | 车用排气波纹管在汽车排气系统中主要起到补偿位移、衰减振动的作用，本文为了提高汽车排气波纹管的力学性能研究了刚度与隔振关系，基于波纹管动静态基础理论结合排气波纹管动态性能实验测试建立有限元模型对车用排气波纹管进行多场耦合仿真分析计算其动静态性能，并模拟波纹管液压成型过程和影响，最后对排气波纹管进行结构优化设计并验证。论文主要工作内容如下： （1）研究关于人因工程学与车辆NVH的基础理论，介绍了波纹管的动静态性能分析基础理论，包括波纹管的轴向刚度与弯曲刚度计算方法，波纹管结构的振动基本理论，讨论了刚度与隔振性能的关系，还研究了预测波纹管疲劳寿命方式和如何结合热力学基本理论分析波纹管性能，也探讨了波纹管液压成型基本理论为后续模拟研究壁厚减薄对波纹管性能影响提供基础，最后总结了一些波纹管结构设计要考虑的参数和设计方法。 （2）建立车用排气波纹管有限元模型进行动态性能分析包括模态分析和谐响应分析。并搭建试验台架，进行模态测试、阻尼测试与隔振率测试。将仿真的模态和隔振性能分别与试验测得的性能特性对比，验证所建立有限元模型的有效性。在此基础上建立车用排气波纹管的多场耦合有限元模型，通过热固耦合的方式结合热力场进行高温下波纹管的应力分布和疲劳寿命计算并与常温下的分析结果对比，为模拟波纹管实际使用工况和设计提供参考。 （3）利用有限元建立液压成型管坯与模具模型并施加成型载荷来仿真模拟单双层、不同波数、不同波径的波纹管液压成形过程，分析其成型后得到的波纹管壁厚变化行为及应力大小，计算了液压成型对波纹管疲劳寿命的影响，并模拟了车用排气波纹管的液压成型过程。 （4）根据波纹管性能研究基础，以提高波纹管使用寿命同时优化其隔振性能为目标，形成多目标优化模型，结合设计理论与参数化设计方法对车用排气波纹管单层完整结构进行尺寸参数优化设计，并对得到的最优解设计方案结构的补偿位移能力、隔振性能和疲劳寿命性能再次进行有限元验证，完成车用排气波纹管的结构设计。最终设计出成本低、隔振性能好、使用寿命长的车用排气波纹管结构，减少系统振动功耗，提高汽车的经济性同时改善驾驶员和乘客的乘坐体验。 |
| 作者： | 何汤玲 |
| 专业： | 工业设计工程 |
| 导师： | 张建润 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 东南大学 |
| 学位年度： | 2022 |
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