HyperMesh汽車排氣系統振動有限元分析

2017-01-05 by:CAE仿真在線來源:互聯網

摘要:本文運用軟件模塊HyperMesh以及RADIOSS對某汽車排氣系統進行了網格劃分,并進行了全系統振動分析。分析復現了試驗失效模式,模擬與試驗結果相吻合。基于上述模型對提高排氣系統耐久特性進行了優化設計,成功解決了排氣系統振動耐久設計問題。

1 引言

汽車排氣系統是汽車的重要組成部分,其一端與汽車發動機相連,其它部件通過吊鉤、吊耳與汽車底盤相連。汽車排氣系統設計需要考慮發動機振動激勵對其耐久性的影響,對于發動機振動激勵模擬試驗,實驗室通常都是簡化為單軸振動試驗。其實驗規范為:1)將排氣系統與發動機連接端固定在振動臺上,在關鍵部位貼上應變片做掃頻分析,找到響應最大的頻率點;2)在上述頻率點進行定頻振動試驗,觀察各焊縫位置在1000萬次振動下是否會失效。本文針對該振動試驗發生的耐久失效,運用軟件模塊HyperMesh與RADIOSS對其進行了振動模擬仿真分析并提供了優化設計,成功解決了失效問題。

圖1汽車排氣系統振動試驗圖

圖1所示為汽車排氣系統振動試驗圖:排氣系統進氣法蘭與振動臺連接,其它部件通過吊鉤吊耳與試驗臺架進行連接。

2 試驗結果

按照前述試驗方法,先對排氣系統進行了掃頻分析,發現該系統在120Hz時,各關鍵部位響應最大,固在定頻振動試驗階段選擇了120Hz作為激勵頻率;并且在振動臺輸入了垂直方向0.0928mm的位移激勵。如圖2為試驗消聲器進氣管失效圖。試驗進行到180萬次振動時消聲器進氣管焊縫處發現裂紋。

圖2消聲器進氣管失效圖

3 有限元分析

為了評判該設計的耐久特性對其進行了有限元分析,如圖3為汽車排氣系統有限元模型,該模型通過HyperMesh劃分網格并設置連接方式。模型由兩個消聲器、五個吊鉤吊耳以及排氣管等組成。其中消聲器殼體及排氣管用殼體單元模擬,實芯吊鉤、法蘭用實體單元模擬,橡膠吊耳用彈性單元模擬。

圖3 汽車排氣系統有限元模型

由前述試驗知:振動失效位置為編號為7的焊縫處。通過在HyperMesh中設置求解,運用RADIOSS求解器對排氣系統進行了頻率響應分析。分析表明,有限元模型中最大頻率響應點發生在128.9Hz,故在后續分析中,輸出了排氣系統在128.9Hz時,各焊縫處最大應力,計算結果如表1。由計算數據可知:編號為7的焊縫處應力最大,與試驗失效位置匹配。

表1 排氣系統振動激勵下焊縫處最大應力