HyperMesh汽车排气系统振动有限元分析

2017-01-05 by:CAE仿真在线来源:互联网

摘要:本文运用软件模块HyperMesh以及RADIOSS对某汽车排气系统进行了网格划分,并进行了全系统振动分析。分析复现了试验失效模式,模拟与试验结果相吻合。基于上述模型对提高排气系统耐久特性进行了优化设计,成功解决了排气系统振动耐久设计问题。

1 引言

汽车排气系统是汽车的重要组成部分,其一端与汽车发动机相连,其它部件通过吊钩、吊耳与汽车底盘相连。汽车排气系统设计需要考虑发动机振动激励对其耐久性的影响,对于发动机振动激励模拟试验,实验室通常都是简化为单轴振动试验。其实验规范为:1)将排气系统与发动机连接端固定在振动台上,在关键部位贴上应变片做扫频分析,找到响应最大的频率点;2)在上述频率点进行定频振动试验,观察各焊缝位置在1000万次振动下是否会失效。本文针对该振动试验发生的耐久失效,运用软件模块HyperMesh与RADIOSS对其进行了振动模拟仿真分析并提供了优化设计,成功解决了失效问题。

图1汽车排气系统振动试验图

图1所示为汽车排气系统振动试验图:排气系统进气法兰与振动台连接,其它部件通过吊钩吊耳与试验台架进行连接。

2 试验结果

按照前述试验方法,先对排气系统进行了扫频分析,发现该系统在120Hz时,各关键部位响应最大,固在定频振动试验阶段选择了120Hz作为激励频率;并且在振动台输入了垂直方向0.0928mm的位移激励。如图2为试验消声器进气管失效图。试验进行到180万次振动时消声器进气管焊缝处发现裂纹。

图2消声器进气管失效图

3 有限元分析

为了评判该设计的耐久特性对其进行了有限元分析,如图3为汽车排气系统有限元模型,该模型通过HyperMesh划分网格并设置连接方式。模型由两个消声器、五个吊钩吊耳以及排气管等组成。其中消声器壳体及排气管用壳体单元模拟,实芯吊钩、法兰用实体单元模拟,橡胶吊耳用弹性单元模拟。

图3 汽车排气系统有限元模型

由前述试验知:振动失效位置为编号为7的焊缝处。通过在HyperMesh中设置求解,运用RADIOSS求解器对排气系统进行了频率响应分析。分析表明,有限元模型中最大频率响应点发生在128.9Hz,故在后续分析中,输出了排气系统在128.9Hz时,各焊缝处最大应力,计算结果如表1。由计算数据可知:编号为7的焊缝处应力最大,与试验失效位置匹配。

表1 排气系统振动激励下焊缝处最大应力