【編者按】汽車排氣系統(tǒng)是汽車的重要組成部分籍钱，其一端與汽車發(fā)動機(jī)相連蔑辽，另一側(cè)通過吊鉤迫赞、吊耳與汽車底盤相連啼阵。本文是對汽車排氣系統(tǒng)耐久性分析∑寺郑【參閱新能源汽車技術(shù)創(chuàng)新將獲得政府資金支持】

　　汽車排氣系統(tǒng)是汽車的重要組成部分撤奸，其一端與汽車發(fā)動機(jī)相連，另一側(cè)通過吊鉤喊括、吊耳與汽車底盤相連胧瓜。從設(shè)計角度講，汽車排氣系統(tǒng)都有諸如質(zhì)保郑什、耐久性要求府喳。排氣系統(tǒng)的耐久性與其在使用過程中所受的力載荷有關(guān)的。整個排氣系統(tǒng)可以分為熱端與冷端蘑拯，其區(qū)分一般是撓性節(jié)之前部分為熱端钝满，撓性節(jié)之后的部分為冷端。通常排氣系統(tǒng)熱端剛度比較大申窘，溫度也較高弯蚜，熱端的耐久問題主要由發(fā)動機(jī)的振動導(dǎo)致；對于冷端系統(tǒng)剃法，由于在熱端與冷端之間有撓性節(jié)碎捺，可以衰減發(fā)動機(jī)的振動，故排氣系統(tǒng)冷端的耐久通常是由路載決定玄窝。

　　本文運(yùn)用Altair公司提供的軟件模塊HyperMesh與RADIOSS對某汽車排氣系統(tǒng)冷端消聲器出氣管斷裂進(jìn)行了分析蒲龟。

　　1 路試數(shù)據(jù)

　　按照機(jī)動車輛耐久性要求，汽車本體及各零部件在量產(chǎn)前需要進(jìn)行各種路面的跑車實驗讼崔。如圖1為某汽車排氣系統(tǒng)在完成大約60%規(guī)定耐久路面時凌宫，消聲器出氣管斷裂圖片炫咱。

 
圖1 某消聲器出氣管斷裂照片

　　2 有限元分析

　　如圖2為某汽車排氣系統(tǒng)有限元模型。該模型由一個撓性節(jié)麻坯、一個消聲器投圣、三個吊鉤以及排氣管組成。其中撓性節(jié)用彈性單元模擬毙帚，消聲器殼體及排氣管用殼體單元模擬脓脸，實芯吊鉤用實體單元模擬。

圖2 汽車排氣系統(tǒng)有限元模型

　　由路試數(shù)據(jù)知：排氣系統(tǒng)發(fā)生斷裂的位置位于消聲器出口端熔布，斷裂位置位于撓性節(jié)之后辐椎，故本計算主要考慮了路載是否是導(dǎo)致其失效的原因。由于汽車排氣系統(tǒng)在路試以及將來使用過程中默徘，任意時刻的路載數(shù)據(jù)是不確定的恰岳，故本計算采集了排氣系統(tǒng)在最惡劣路試階段的一組數(shù)據(jù)，然后對數(shù)據(jù)進(jìn)行了處理建芙，進(jìn)而對排氣系統(tǒng)進(jìn)行隨機(jī)響應(yīng)激勵下的分析没隘。隨機(jī)激勵通過排氣吊耳以及發(fā)動機(jī)懸置對排氣系統(tǒng)進(jìn)行作用。對于排氣系統(tǒng)而言禁荸，其各零部件為焊接件右蒲，通常發(fā)生疲勞耐久失效的位置為焊接區(qū)域，故本有限元計算結(jié)果提取了各關(guān)鍵部位應(yīng)力值赶熟，如圖2中1-9號位置瑰妄。如圖3中的Baseline為在采集的隨機(jī)激勵下各關(guān)鍵部位的最大等效應(yīng)力值。

 
圖3 排氣系統(tǒng)隨機(jī)激勵下應(yīng)力響應(yīng)

　　由計算數(shù)據(jù)可知：消聲器出口端以及吊鉤2(圖2中7號位置)與管子焊接處應(yīng)力很大映砖。進(jìn)一步分析Baseline模型消聲器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)發(fā)現(xiàn)：Baseline模型中消聲器出口管是類似懸臂梁的設(shè)計翰撑，如圖4所示。為了降低消聲器出口端管子的受力啊央，提高其耐久特性，在不改變聲學(xué)特性的基礎(chǔ)上將消聲器出氣管延長到了擋板上涨醋，如圖5所示瓜饥。更改后的模型在隨機(jī)激勵下關(guān)鍵部位應(yīng)力值如圖3中Iteration1數(shù)據(jù)，可以看到消聲器出口端應(yīng)力值下降了72%浴骂，而吊鉤2所在位置應(yīng)力值下降不明顯快混，仍然存在耐久失效的風(fēng)險。為了降低吊鉤2與管子焊接處的耐久風(fēng)險能航，在吊鉤2處增設(shè)了支撐吊鉤穿互，增設(shè)支撐吊鉤以及更改消聲器出口端設(shè)計后隨機(jī)激勵應(yīng)力響應(yīng)如圖2中Iteration2，可以發(fā)現(xiàn)相比Baseline挚蟹，Iteration2中吊鉤處最大應(yīng)力下降80%峡徽。由此蓬甩，根據(jù)相關(guān)疲勞理論以及Baseline當(dāng)前路試數(shù)據(jù)信息可以判斷，本設(shè)計可以通過路試要求绣首，排氣系統(tǒng)的耐久特性能夠被滿足珠慧。

　　
3 結(jié)論

　　本文以某汽車排氣系統(tǒng)消聲器出氣管斷裂事件為研究對象，運(yùn)用Altair公司提供的相關(guān)軟件進(jìn)行分析研究施旱，成功解決了消聲器斷裂導(dǎo)致的系統(tǒng)失效問題唬辛，并通過模擬仿真對排氣吊鉤進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計，為該類問題的解決提供了思路乌迎。

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