汽车排气系统振动及噪声预测

摘要

随着汽车市场的高速发展，汽车噪声已经越受人们的关注，各国政府都制定了严格的法规以限制排放和噪声。汽车乘坐舒适性已经成为消费者评价汽车性能的指标，汽车厂商对生产安静、舒适的汽车产品的主动性越来越强。在设计开发阶段控制排气系统的振动噪声问题，以降低其对车内外振动噪声的影响。
　　排气系统连接发动机和车身，发动机的振动会通过吊钩传递到车身，引起车内的振动和噪声问题。因而，降低排气吊钩对车身振动激励就至关重要，其中，影响排气系统隔振的有吊挂和波纹管的位置和结构设计。汽车尾管噪声包括空气噪声和气流噪声，低转速时，由发动机运转产生的空气声是主要的尾管噪声，而在高速时，气流的湍流运动产生很大的气动噪声。排气系统的振动噪声降低车内外舒适性，采用CAE手段对排气系统振动噪声进行研究，主要内容如下：
　　针对吊耳传递车身激励力，对吊挂位置、波纹管刚度以及吊耳动刚度的分析以控制激励力。选择振动位移小的地方布置吊耳可以减小传递给车身振动，用平均驱动自由度位移（ADDOFD）方法，通过计算排气系统200Hz内的自由模态，得到各阶模态振型，作加权求和得到相对位移曲线，值小的地方选作吊挂位置。利用灵敏度分析原理，分析波纹管的刚度对排气系统模态和吊耳动态载荷的影响，选择合适的刚度以降低振动的传递。
　　在确定吊耳位置和波纹管动刚度，对吊耳的隔振和耐久综合性能进行分析，利用正交法确定吊耳动刚度的正交水平组合，计算不同试验序列目标函数值，对目标函数值最小的动刚度组合优化后，吊耳动态力控制在10N内，吊耳静力学计算的位移小于3mm，设计的吊耳既有效起到隔振作用，又满足疲劳使用的要求。
　　结合CFD和声学有限元计算不同转速下流体运动辐射的噪声，分析气动噪声的特点，发现发动机转速达4000RPM，气动噪声明显增加，6000RPM时，气动噪声总值87dB。改进尾管直径，左右尾管处的气动噪声总值下降约3dB。

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1 绪 论

1.1 排气系统介绍

1.2 国内外研究现状

1.3 课题研究内容

2 排气系统模态仿真及吊挂位置

2.1 模态理论基础

2.2 排气系统有限元模型

2.3 自由模态计算

2.4 吊挂位置选择

2.5 本章小结

3 波纹管灵敏度分析

3.1 灵敏度分析理论

3.2 正交试验法

3.3 灵敏度计算

3.4 结果分析

3.5 本章小结

4 排气系统吊耳隔振设计

4.1 橡胶吊耳概述

4.2 橡胶吊耳刚度正交设计

4.3 橡胶吊耳动刚度优化

4.4 吊耳隔振效果评价

4.5 本章小结

5 排气气动噪声预测

5.1 流体力学理论

5.2 气动声学概述

5.3 流体有限元模型建立

5.4 气动噪声计算

5.5 本章小结

6 总结与展望

6.1 全文总结

6.2 工作展望

致谢

参考文献