汽油机紧耦合式排气歧管振动特性研究

摘要

汽车尾气净化是控制发动机排放的重要手段之一。为达到欧Ⅳ排放法规的要求，通常将催化转换器安装在发动机排气歧管的出口位置，也就是开发并使用了紧耦合式排气歧管。与传统布置方式相比，这种布置可以使催化剂快速起燃，充分发挥某些配方催化剂的效能，因而被执行欧Ⅳ排放标准的车辆广泛采用。 本文建立了紧耦合式排气歧管及排气系统的三维模型，运用有限元法及大型商用软件ANSYS对其振动问题进行了分析。首先，将紧耦合式排气歧管作为单独零件进行研究，分析其固有振动特性。针对排气歧管燃气加热作用比较明显的特点，运用间接法计算了热应力在排气歧管上的分布情况及其对排气歧管模态的影响。其次，以安装有紧耦合式排气歧管的排气系统作为研究对象分析整个排气系统的振动情况，得到整个排气系统的振型及在单位位移作用下的响应。本文还针对气流在排气系统上所激发的振动进行了特别研究，主要研究对象为紧耦合式排气歧管及排气系统中振动比较大的管段。最后，对排气系统振动分析中所发现的问题，通过重新设计悬挂点、调整隔振器刚度及安装动力吸振器等方法对其进行了优化设计。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章绪论

1.1课题的背景和意义

1.2排气系统振动产生的机理和影响因素

1.3国内外研究现状

1.4本文主要工作内容

第2章排气系统振动和内流场计算的有限元法

2.1有限元法的发展概况

2.2有限元法在结构振动分析中的应用

2.2.1结构振动分析的有限元法

2.2.2结构的固有频率和模态

2.2.3模态分析

2.3流场分析的有限元法

2.4 ANSYS软件介绍

2.5本章小结

第3章紧耦合式排气歧管的振动分析

3.1排气歧管模型的建立

3.2排气歧管有限元模型的建立

3.3紧耦合式排气歧管模态分析

3.4热应力及其对排气歧管振动特性的影响

3.4.1热应力的计算

3.4.2间接法进行热应力计算的步骤

3.4.3边界条件的确定

3.4.4热应力计算结果

3.4.5热应力对固有频率的影响

3.5本章小结

第4章排气系统的建模与振动分析

4.1排气系统模型的建立

4.2排气系统有限元模型的建立

4.3排气系统的模态分析

4.4排气系统谐响应分析

4.4.1发动机激励谐响应分析

4.4.2车体激励谐响应分析

4.5排气系统瞬态动力学分析

4.5.1输入载荷的确定

4.5.2分析结果

4.6本章小结

第5章气流对排气歧管和排气系统振动特性的影响

5.1流固耦合理论

5.2 ANSYS有限元软件流固耦合实施过程

5.3排气歧管流固耦合有限元分析模型的建立及结果分析

5.3.1几何模型

5.3.2有限元模型

5.3.3排气歧管流同耦合响应分析

5.4副消声器段流固耦合有限元分析模型的建立及结果分析

5.4.1几何模型

5.4.2有限元模型

5.4.3副消声器段流固耦合响应分析

5.5气体压力对排气歧管振动特性的影响

5.5.1歧管内流场的计算

5.5.2歧管内气体压力对模态的影响

5.6本章小结

第6章排气系统悬挂优化设计

6.1排气系统悬挂点位置优化

6.2挂钩隔振器刚度对振动的影响

6.3动力吸振器对振动的影响

6.3.1动力吸振器参数的确定

6.3.2优化结果

6.4本章小结

结 论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果

致谢