金一煒

摘 要：文章采用ABAQUS和HyperMesh軟件，對某商用車皮卡排氣系統(tǒng)進(jìn)行了CAE自由模態(tài)、約束模態(tài)和強(qiáng)度分析，多方面校核了排氣系統(tǒng)力學(xué)性能，結(jié)果顯示排氣系統(tǒng)避開了發(fā)動機(jī)怠速共振頻率，排氣系統(tǒng)支架最大應(yīng)力小于材料屈服強(qiáng)度，滿足設(shè)計目標(biāo)。

關(guān)鍵詞：皮卡;排氣系統(tǒng);力學(xué)性能

中圖分類號：U467 ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B ?文章編號：1671-7988（2020）20-121-03

Abstract： This paper uses ABAQUS and HyperMesh software to analyze the CAE free mode， constraint mode and strength of the exhaust system of a commercial vehicle pickup. The mechanical properties of the exhaust system are checked in many aspects. The results show that the exhaust system avoids the resonance frequency of the engine idling， and the maximum stress of the exhaust system bracket is less than the yield strength， which meets the design goal.

Keywords： Pick-up truck; Exhaust system; Mechanical properties

CLC NO.： U467 ?Document Code： B ?Article ID： 1671-7988（2020）20-121-03

1 引言

隨著國家城市物流業(yè)快速發(fā)展和皮卡進(jìn)城限制解禁，商用車皮卡銷量得到迅猛增長，而使用客戶對于整車舒適性、NVH性能要求也越來越高。排氣系統(tǒng)整車的重要組成部分，其主要由催化器轉(zhuǎn)化器、消聲器、排氣管、吊鉤等零部件組成，該系統(tǒng)發(fā)揮著降低噪聲、減少排放污染等作用，其性能優(yōu)劣直接影響整車NVH性能[1-4]，故研究排氣系統(tǒng)力學(xué)性能指標(biāo)具有重要的經(jīng)濟(jì)和社會意義。

本文采用ABAQUS和HyperMesh軟件，對某商用車皮卡排氣系統(tǒng)進(jìn)行了CAE自由模態(tài)、約束模態(tài)和強(qiáng)度分析，多方面校核了排氣系統(tǒng)力學(xué)性能，結(jié)果顯示排氣系統(tǒng)避開了發(fā)動機(jī)怠速共振頻率，排氣系統(tǒng)支架最大應(yīng)力小于材料屈服強(qiáng)度，滿足設(shè)計目標(biāo)。

2 排氣系統(tǒng)CAE模態(tài)分析

2.1 模態(tài)分析理論

結(jié)構(gòu)系統(tǒng)固有模態(tài)頻率及振型是分析結(jié)構(gòu)振動特性基礎(chǔ)，通過模態(tài)分析可確定結(jié)構(gòu)的振動特性[5]。

2.3 排氣系統(tǒng)CAE自由模態(tài)分析

本文首先對排氣系統(tǒng)進(jìn)行了自由模態(tài)分析，模型無約束，提取0-200Hz頻率振型，得到圖2的CAE分析結(jié)果，其中一階垂向彎曲模態(tài)頻率為3.5Hz，一階橫向彎曲模態(tài)為3.6Hz，該皮卡車型發(fā)動機(jī)怠速頻率25Hz，自由模態(tài)分析結(jié)果顯示避開了怠速共振帶，滿足目標(biāo)。

2.4 排氣系統(tǒng)CAE約束模態(tài)分析

本文對排氣系統(tǒng)進(jìn)行了約束模態(tài)分析，截取了車架縱梁部分結(jié)構(gòu)，約束其全部自由度，邊界示意圖如圖3，截取頻率段與自由模態(tài)一致。

本文按照上述工況條件，得到圖4的排氣系統(tǒng)約束模態(tài)分析結(jié)果，一階橫向彎曲模態(tài)頻率為8.7Hz，一階垂向彎曲模態(tài)為9.1Hz，發(fā)動機(jī)怠速頻率為25Hz，約束模態(tài)分析結(jié)果顯示避開了怠速共振，滿足設(shè)計目標(biāo)。

3 排氣系統(tǒng)CAE強(qiáng)度分析

本文對排氣系統(tǒng)進(jìn)行了強(qiáng)度分析，邊界條件如圖5所示，約束動力總成及排氣吊耳車架側(cè)全部自由度，對模型分別施加X3g，Y3g和Z5g靜態(tài)加速度。

本文按照上述邊界條件，對排氣系統(tǒng)進(jìn)行了CAE強(qiáng)度分析，得到圖6分析結(jié)果，X向3g工況下，排氣系統(tǒng)支架最大應(yīng)力為60.2MPa，而在Y向3g工況下，排氣系統(tǒng)支架最大應(yīng)力為85.3MPa，在Z向5g工況下，排氣系統(tǒng)支架最大應(yīng)力為202.4MPa，匯總?cè)绫?，都小于材料屈服強(qiáng)度，滿足設(shè)計目標(biāo)。

4 結(jié)論

本文基于Hyperworks和ABAQUS軟件，對某商用皮卡排氣系統(tǒng)進(jìn)行了CAE自由模態(tài)、約束模態(tài)和強(qiáng)度CAE強(qiáng)度分析，CAE分析結(jié)果表明：

排氣系統(tǒng)一階垂向彎曲模態(tài)頻率為3.5Hz，一階橫向彎曲模態(tài)為3.6Hz，該皮卡車型發(fā)動機(jī)怠速頻率25Hz，自由模態(tài)分析結(jié)果顯示避開了怠速共振帶，滿足目標(biāo);

排氣系統(tǒng)約束狀態(tài)，一階橫向彎曲模態(tài)頻率為8.7Hz，一階垂向彎曲模態(tài)為9.1Hz，發(fā)動機(jī)怠速頻率為25Hz，約束模態(tài)分析結(jié)果顯示避開了怠速共振;

排氣系統(tǒng)在X3g，Y3g和Z向5g工況下，支架最大應(yīng)力都小于材料屈服強(qiáng)度;

總體而言，排氣系統(tǒng)CAE驗(yàn)證了其力學(xué)性能滿足設(shè)計目標(biāo)，且最終路試通過。

參考文獻(xiàn)

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