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海马ZM2排气系统的振动控制及优化 姓名：杨端 指导老师：张力 摘要 本文主要针对排气系统复杂振动的特点，结合排气系统的结构设计，以该系统工作过程的振动为研究对象，采用有限元软件ANSYS中的Lanczos法分别对车辆排气系统在自由状态和约束状态两种边界约束条件下的振动情况进行模态分析，得到了系统在各阶模态下的主要固有频率和振型。并且详细介绍了振动节点选择法来确定悬挂点位置，以及采用灵敏度分析法来进行排气系统振动控制及频率的优化。 各部分操作步骤介绍 1：CAD模型的简化； 2：模态分析及有限元软件介绍； 3：自由模态分析介绍; 4：振动节点选择法介绍； 5：约束模态介绍； 6：灵敏度分析法介绍。 CAD模型的简化 排气系统建模有CATIA完成。主要刚性组件有：三元催化器、排气管以及主、副消声器。实体材料都用不锈钢数据计算，不锈钢材料特性如表所示。 模态分析 有限元软件介绍 本次设计采用ANSYS以及ANSYSworkbench。具体操作界面如下 ANSYSworkbench操作界面： 自由模态分析介绍 自由模态结果 振动节点选择法介绍 1：确定悬挂点的位置本文采用振动频率选择法。 2：发动机激励频率范围为20～200Hz，因此在进行排气系统设计时，应重点考虑在此激励频率附近的频率所对应的振型，这里只对9～15阶的模态位移进行加权累加。 3：在排气系统中，本文一共选择27个悬挂点，对其位移进行加权累加。 约束模态分析 约束模态分析我们将进入ANSYS经典模式下进行。具体步骤如下： 1：在workbench中点击Supports下Fixed supports，在排气系统接发动机的一端施加一个固定约束； 2：点击最上方Project 选择 open Analysis in ANSYS 下的Modal 即可进入ANSYS经典模式； 3：在ANSYS 中选则Solution下Define Loads 下的Apply下的Displacement下的On Nodes 即可施加点约束； 4：加完约束，点击solve下的current Ls即可求解； 5：点击General Postproc下Read results下的By pick选阶； 6：选择Plot Results 下的Contour Plot下的Nodal Solu即可查看结果。 副消声器位置的灵敏度分析 以消声器建模时的位置为原点左移设为负，右移设为正。则分别将副消声器置于（-120mm，-90mm，-60mm，-30mm，0mm，30mm，60mm，90mm，120mm） 计算分别将副消声器置于（-120mm，-90mm，-60mm，-30mm，0mm，30mm，60mm，90mm，120mm）处时排气系统各阶模态的固有频率 谢谢观赏 * /Kelvin 1.2E-005 热扩张系数 Kg/m^3 7850 密度 0.3 泊松比 N/m^2 2E+011 弹性模量 单位 数值 属性名称 模型有指导老师给予，观察模型其简化了以下方面： 1. 简化对振动分析影响不大的结构特征（隔板凸缘、穿孔、焊缝，过渡圆弧等）。 2. 忽略消声器和排气管上的隔热薄板。 3. 忽略连接法兰的影响，将其简化为刚性结构。 4. 未进行波纹管建模。 5. 简化主消声器内部结构。 排气系统Catia模型 这里给出Catia建模图 1：概念：将线性定长系统振动微分方程组中的物理坐标变换为模态坐标，使方程组解耦，成为一组以模态坐标及模态参数描述的独立方程，以便求出系统的模态参数。坐标变换的变换矩阵为模态矩阵，其每列为模态振型。 2：目的：模态分析的最终目标在是识别出系统的模态参数，为结构系统的振动特性分析、振动故障诊断和预报以及结构动力特性的优化设计提供依据。 Ansys经典界面如下 点击Geomentry下的From File来导入模型，模型导入后图如下 1：在Connections中将模型分离部分连接成一个整体，点击Mesh进行网格划分，本文采用均匀的网格密度，利用自由网格划分功能对排气系统进行网格划分。整个系统共划分成26909个单元，88121个节点； 2：划分好网格点击 New Analysis下的Modal； 3：在Analysis Settings下选择要出几阶频率； 4：点击Solution，从Deformation中选择Total； 5：点击Solve求解，即可得到自由模态。 模型网格划分图 布点位置图 各点位移表格 加权位移图 悬挂点布置位置 约束模态振动频率图 4阶振型 3阶振型 2阶振型 1阶振型 6阶振型 5阶振型 8阶振型 7阶振型 由以上分析可得出排气系统的约束模态振型变化主要有以下几种形式： (1)