含裂纹车辆排气系统动态特性研究

摘要

排气系统作为车辆正常行驶的一个重要组成部分，其工作环境十分恶劣，不但要经历发动机高温高压废气对其产生的流体冲击，而且还要受到发动机机体振动和车体振动等激励的作用，在这种复杂激励环境下，排气系统势必产生激烈振动。而排气系统长时间的振动又使其容易产生疲劳裂纹，当裂纹扩展到一定程度时，就会影响到排气系统的效率和使用寿命，使其不能正常工作。因而，为了确保车辆安全可靠运行，对含裂纹车辆排气系统的动态特性等深层次问题进行深入研究具有非常重要的现实意义。本文的研究目的就是要解决在复杂激励环境下含裂纹车辆排气系统动态特性的一些问题。主要内容包括:
　　应用有限元位移法构建含裂纹管单元的动力学模型。首先，根据断裂力学理论，推导出含裂纹管单元的动能表达式以及包含裂纹所释放的附加应变能的裂纹管单元势能表达式，然后，应用拉格朗日方程建立含裂纹管单元的动力学方程，为进一步建立含裂纹车辆排气系统的动力学方程奠定基础。
　　将排气管用若干管单元的组合进行模拟，其中既包含无裂纹的管单元，也包含有裂纹的管单元。通过建立广义坐标系，计算各管单元的坐标协调矩阵和转换矩阵，将无裂纹的管单元和有裂纹的管单元进行整合，从而构建并得到含裂纹排气系统的非线性动力学方程。
　　根据路面随机激励特性、裂纹故障激励特性和发动机振动激励特性对含裂纹排气系统的影响，利用多尺度法对含裂纹排气系统非线性振动特性进行分析。研究表明，系统非线性振动主要来源于发动机振动激励和路面随机激励以及它们分别与呼吸裂纹故障激励共同作用下的参强振动。
　　通过实例对含裂纹排气系统的动态特性进行仿真分析，得到一些有益的结论，从而验证本文理论研究的正确性。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 论文的研究背景与意义

1．2 文献综述

1．2．1 车辆排气系统动力学特性研究

1．2．2 含裂纹车辆排气系统动力学特性研究

1．3 本文研究内容

第二章 含裂纹管单元的动力学模型

2．1 引言

2．2 管单元有限元模型

2．2．1 管单元

2．2．2 管单元位移模式

2．3 管单元动能

2．4 管单元势能

2．4．1 裂纹释放附加应变能

2．4．2 非贯穿式裂纹释放的附加应变能

2．4．3 贯穿式裂纹释放的附加应变能

2．4．4 含张开型裂纹管单元势能

2．4．5 含呼吸裂纹管单元势能

2．4．6 含裂纹管单元势能

2．5 含裂纹管单元动力学方程

2．6 本章小结

第三章 含裂纹车辆排气系统的动态分析模型

3．1 引言

3．2 车辆排气系统动力学模型

3．3 车辆排气系统动力学方程

3．4 含裂纹的车辆排气系统动力学方程

3．5 本章小结

第四章 含裂纹车辆排气系统的非线性动力学特性

4．1 引言

4．2 路面随机激励特性

4．3 呼吸裂纹故障激励特性

4．4 发动机激励特性

4．5 车辆排气系统固有特性分析

4．6 含呼吸裂纹的车辆排气系统非线性振动分析

4．6．1 非共振情形

4．6．2 主共振情形

4．6．3 组合共振情形

4．7 本章小结

第五章 含裂纹车辆排气系统动态特性的仿真分析

5．1 引言

5．2 含裂纹管结构固有特性的仿真分析

5．2．1 无裂纹悬臂管结构固有特性的仿真分析

5．2．2 含贯穿式裂纹管结构固有特性的仿真分析

5．2．3 含非贯穿式裂纹管结构固有特性的仿真分析

5．3 排气系统固有特性的仿真分析

5．4 路面随机模型的仿真重构

5．5 多激励共同作用下含裂纹排气系统动力学特性的仿真分析

5．6 实例分析

5．7 本章小结

第六章 总结与展望

6．1 总结

6．2 研究与展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表论文及获授权专利情况