轎車發(fā)動機排氣歧管模態(tài)分析

1、轎車發(fā)動機排氣歧管模態(tài)分析摘要：摘要：本文研究發(fā)動機排氣歧管總成的模態(tài)方面的性能參數(shù)。將排氣歧管離散成具有多自由度的系統(tǒng)，再用軟件得到每個節(jié)點的坐標。通過各節(jié)點的坐標值來確定整個系統(tǒng)的位移變化情況，從而得到排氣歧管的振動頻率和固有振型。本章主要包括振動系統(tǒng)、模態(tài)應用、固有特性分析、響應分析、固有頻率、固有振型。1振動系統(tǒng)振動系統(tǒng)一般可分為連續(xù)系統(tǒng)或離散系統(tǒng)。具有連續(xù)分布的質量與彈性的系統(tǒng)，稱為連續(xù)彈性體系統(tǒng)。彈性體是具有無限多自由度的系

2、統(tǒng)，它的振動規(guī)律要用時間和空間坐標的函數(shù)來描述，其運動方程是偏微分方程?，F(xiàn)實中的物體主要是連續(xù)系統(tǒng)。在一般情況下，要對連續(xù)系統(tǒng)進行簡化，用適當?shù)臏蕜t將分布參數(shù)“減縮”成有限個離散的參數(shù)，這樣便得到離散系統(tǒng)。所建立的振動方程是常微分方程。由于所具有的自由度數(shù)目上的區(qū)別，離散系統(tǒng)又稱為多自由度系統(tǒng)。計算時多采用離散系統(tǒng)來模擬現(xiàn)實。2模態(tài)的應用模態(tài)是指結構在自由振動時所具有的基本振動特性。結構模態(tài)是由結構本身的特性與材料特性所決定的，與外載等

3、條件無關。模態(tài)分析就是用于確定結構或機器部件的振動特性(固有頻率、振型、阻尼比等)的。固有頻率和振型是承受動力載荷結構設計中的重要參數(shù)，也是其他動力學分析、瞬態(tài)動力學分析、諧響應分析等的起點。模態(tài)分析技術的應用十分廣泛，它已經(jīng)成功應用于汽車工業(yè)、航空航天、兵器等各個工程應用領域，其應用可分為以下凡方面：(1)評價現(xiàn)有結構系統(tǒng)的動態(tài)特性根據(jù)模態(tài)分析的結果，即模態(tài)頻率、模態(tài)振型、模態(tài)阻尼等模態(tài)參數(shù)，對被測結構進行直接的動態(tài)性能評估。若對評估

4、的結果不滿意，可以有針對性的對局部或整體進行修改。(2)在結構動態(tài)設計中的應用以模態(tài)分析為基礎的結構動態(tài)設計，是近年來振動工程界開展最為廣泛的研究領域之一。有限元法為結構動態(tài)設計提供了非常有效的途徑，它能夠對新設計結構的動態(tài)特性進行預估，從而為其優(yōu)化提供依據(jù)。(3)診斷及預報結構系統(tǒng)的故障利用模態(tài)分析得到的模態(tài)參數(shù)等結果進行故障判別，日益成為一種有效而實用的故障診斷和安全檢驗方法。如根據(jù)模態(tài)頻率的變化判斷裂紋的出現(xiàn)；根據(jù)振型的分析判斷裂

5、紋的位置；根據(jù)轉子支撐系統(tǒng)阻尼的改變判斷和預報轉子的失穩(wěn)；土木工程中依據(jù)模態(tài)頻率的變化判斷水泥樁中是否有裂紋和空隙等。(4)控制結構的輻射噪聲結構輻射噪聲是由于結構振動所引起的。結構振動時，各階模態(tài)對噪聲的“貢獻”并不相同，對噪聲貢獻較大的幾階模態(tài)稱為“優(yōu)勢模態(tài)”。抑制或放開優(yōu)勢模態(tài)，便可降低噪聲。而優(yōu)勢模態(tài)的確定，必須建立在模態(tài)分析的基礎之上。3固有特性分析結構的固有特性由結構本身決定，與外部載荷無關，它由一組模態(tài)參數(shù)定量描述。模態(tài)參

6、數(shù)包括固有頻率、模態(tài)振型、模態(tài)質量、模態(tài)剛度和模態(tài)阻尼比等，其中最重要的參數(shù)是固有頻率、模態(tài)振型和模態(tài)阻尼比。固有特性分析就是對模態(tài)參數(shù)進行計算，其目的時，求解從頻率譜中間位置到高頻端范圍內的固有頻率時的求解收斂速度和求解低階頻率時基本上一樣快。該方法特別適用于大型對稱結構的特征值求解問題。其具體步驟如下：Ⅰ初始化(1)確定BlockLanczos法塊寬q與生成步數(shù)r：(2)選取初始向量矩陣；0NPQR??(3)設定每次移軸的最大迭代次

7、數(shù)。maxIⅡ移軸(1)計算移軸，應設法保證它不是特征值；?(2)分解移軸剛度矩陣；TKMLDL???(3)Sturm序列校核。Ⅲ迭代次，完成后轉向ⅡmaxI(1)對k=012….r解，然后將對已收斂的特征向量以及1TKKLDLQMQ??1KQ?作M正交歸一化，并形成。在此過程中形成；12...KQQQ1KQ?T?(2)求解階標準特征值問題；qr?T????????(3)形成新的近似特征向量；XQ???(4)按模態(tài)誤差判斷特征值和特征向

8、量的收斂，移出己收斂的特征向量；(5)如果達到了預期的特征值個數(shù)，退出；否則將未收斂的前q個近似向量作為初始向量進行下一次迭代。4響應分析響應分析的目的是計算結構在動載荷作用下，節(jié)點位移、速度和加速度的變化規(guī)律。因此響應分析的任務就是求解二階常微分方程組:????????????????MXCXKXRt??????求解上述方程組的數(shù)值方法主要有振型疊加法和直接積分法。4.1振型疊加法振型疊加法適合于阻尼矩陣可以對角化的情況。該法是根據(jù)矩