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XX消音器分析报告 人机工程研究所 分析人员： XXX 日期： 分析报告编号：2013112101 问题提出 QJ125-26消音器模型见图1，现对其强度及模态进行校核分析，寻找结果薄弱点并相应改进。 消音器模型及重心如下图所示： 材料力学性能： 挂板： 08F σb=295MPa σs=175MPa 管件、钣金件：409L σb=365MPa σs=175 MPa 模型建立 假定材料满足弹性力学的4个假定，将消音器模型离散为单元尺寸为3mm的矩形单元。模型如下图2.1所示： 图2.1 消音器有限元模型及边界条件示意图 边界条件： 竖直静载工况： ·约束挂点的自由度12345，约束排气管螺栓孔自由度123456。 ·施加竖直惯性力10g。 计算分析 建立有限元模型，分别计算该消音器的约束模态、静强度、频率响应，分析其静态、动态强度。 3.1 约束模态计算 约束与发动机连接进气口、吊挂点的6个自由度，吊挂点约束自由度12345，连接进气口约束自由度123456。模态振型如图3.1 ： 第一阶：频率110Hz，振型为上下摆动 第二阶：频率353.0Hz，振型为左右扭转 图3.1 消音器前2阶约束模态 3.2 静强度校核 约束进气口、吊挂点，施加10g的惯性力载荷，得受力图3.2： 图3.2 应力分布图 分析表明，挂板有部分应力集中，挂板与筒体连接处、排气管与筒体连接处以及排气管弯角均有有应力集中情况，但应力值较小。因此静强度安全。 3.3 频响分析 释放上述约束的Z方向的自由度，并在这些约束点上施加10g的加速度载荷，计算0Hz至400Hz范围的频率响应，得频响应力分布，其中110Hz时的排气管拐角处应力最大，为160MPa，安全系数1.1≤1.5，需要提高管壁处强度。应力分布如下图3.3: 图3.3 110Hz应力分布图 结构改进 根据上述分析结果，针对频率响应分析中排气管拐弯处应力集中严重，结构较为薄弱这一现象，现将管厚由1.0mm增加至1.2mm加以强化。 图4.1 排气管壁加厚图 改进后，管壁强度显著提高，消音器的静强度应力分布图、频率响应应力分布图分别如下图4.2、4.3所示： 图4.2 静强度应力分布图 图4.3 频率响应应力分布图 五、总结 根据以上分析结果，在模型上施加10倍自重的静载，最大应力仅44MPa，远远小于不锈钢的屈服强度约为175Mpa；但是频率响应分析显示排气管壁处应力集中严重，最大应力达到160MPa，安全系数1.1≤1.5，需要提高管壁处强度。将管壁厚度增加至1.2mm后，频率响应分析排气管壁处应力为75MPa，安全系数2.5≤1.5，符合要求。 评价内容 边界条件 指标 理论计算值 结论 消音器强度分析 模态 (1)整体式消音器计算约束模态：约束进气端的自由度1234、挂点的位移自由度123 ； (2)分体式消音器计算自由模态：分别计算自由模态，各阶模态需相互避开； 注：若有橡胶衬套的弹性挂点，应赋予相应的刚度。 1、if:fn≤83Hz 30Hz≤fn≤83Hz (非常用转速内频率要求) 2、if:83Hzfn150Hz fn/fn-1≥1.5 (常用转速内频率要求) 3、fn≥150Hz fn为第n阶模态频率 123Hz 合格 370Hz 静强度 载荷：在重力方向施加10g的惯性载荷,约束条件同上 安全系数≥2.5 4.2 合格 频响分析 释放约束点重力方向的自由度， 在重力方向施加加速度载荷，加速度大小为10g，在30Hz-250Hz范围内扫频，间隔为5Hz 危险点的最大动应力的安全系数≥1.5 2.5 合格 7 应力37MPa 安全系数4.7 应力44MPa 安全系数4.0 应力132MPa 安全系数1.2≤1.5 应力157MPa 安全系数1.0≤1.5 应力160MPa 安全系数1.1≤1.5 管壁加厚至1.2mm 应力42MPa 安全系数4.2≥1.5 应力28MPa 安全系数6.3≥1.5 应力65MPa 安全系数2.7≥1.5 应力71MPa 安全系数2.5≥1.5