轎車發(fā)動(dòng)機(jī)排氣歧管模態(tài)分析

1、轎車發(fā)動(dòng)機(jī)排氣歧管模態(tài)分析摘要：摘要：本文研究發(fā)動(dòng)機(jī)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(gè)節(jié)點(diǎn)的坐標(biāo)。通過(guò)各節(jié)點(diǎn)的坐標(biāo)值來(lái)確定整個(gè)系統(tǒng)的位移變化情況，從而得到排氣歧管的振動(dòng)頻率和固有振型。本章主要包括振動(dòng)系統(tǒng)、模態(tài)應(yīng)用、固有特性分析、響應(yīng)分析、固有頻率、固有振型。1振動(dòng)系統(tǒng)振動(dòng)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(zhì)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(wú)限多自由度的系

2、統(tǒng)，它的振動(dòng)規(guī)律要用時(shí)間和空間坐標(biāo)的函數(shù)來(lái)描述，其運(yùn)動(dòng)方程是偏微分方程?，F(xiàn)實(shí)中的物體主要是連續(xù)系統(tǒng)。在一般情況下，要對(duì)連續(xù)系統(tǒng)進(jìn)行簡(jiǎn)化，用適當(dāng)?shù)臏?zhǔn)則將分布參數(shù)“減縮”成有限個(gè)離散的參數(shù)，這樣便得到離散系統(tǒng)。所建立的振動(dòng)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(jì)算時(shí)多采用離散系統(tǒng)來(lái)模擬現(xiàn)實(shí)。2模態(tài)的應(yīng)用模態(tài)是指結(jié)構(gòu)在自由振動(dòng)時(shí)所具有的基本振動(dòng)特性。結(jié)構(gòu)模態(tài)是由結(jié)構(gòu)本身的特性與材料特性所決定的，與外載等

3、條件無(wú)關(guān)。模態(tài)分析就是用于確定結(jié)構(gòu)或機(jī)器部件的振動(dòng)特性(固有頻率、振型、阻尼比等)的。固有頻率和振型是承受動(dòng)力載荷結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的重要參數(shù)，也是其他動(dòng)力學(xué)分析、瞬態(tài)動(dòng)力學(xué)分析、諧響應(yīng)分析等的起點(diǎn)。模態(tài)分析技術(shù)的應(yīng)用十分廣泛，它已經(jīng)成功應(yīng)用于汽車工業(yè)、航空航天、兵器等各個(gè)工程應(yīng)用領(lǐng)域，其應(yīng)用可分為以下凡方面：(1)評(píng)價(jià)現(xiàn)有結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性根據(jù)模態(tài)分析的結(jié)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(duì)被測(cè)結(jié)構(gòu)進(jìn)行直接的動(dòng)態(tài)性能評(píng)估。若對(duì)評(píng)估

4、的結(jié)果不滿意，可以有針對(duì)性的對(duì)局部或整體進(jìn)行修改。(2)在結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用以模態(tài)分析為基礎(chǔ)的結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)，是近年來(lái)振動(dòng)工程界開(kāi)展最為廣泛的研究領(lǐng)域之一。有限元法為結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)提供了非常有效的途徑，它能夠?qū)π略O(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)特性進(jìn)行預(yù)估，從而為其優(yōu)化提供依據(jù)。(3)診斷及預(yù)報(bào)結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的故障利用模態(tài)分析得到的模態(tài)參數(shù)等結(jié)果進(jìn)行故障判別，日益成為一種有效而實(shí)用的故障診斷和安全檢驗(yàn)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(zhuǎn)子支撐系統(tǒng)阻尼的改變判斷和預(yù)報(bào)轉(zhuǎn)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(jié)構(gòu)的輻射噪聲結(jié)構(gòu)輻射噪聲是由于結(jié)構(gòu)振動(dòng)所引起的。結(jié)構(gòu)振動(dòng)時(shí)，各階模態(tài)對(duì)噪聲的“貢獻(xiàn)”并不相同，對(duì)噪聲貢獻(xiàn)較大的幾階模態(tài)稱為“優(yōu)勢(shì)模態(tài)”。抑制或放開(kāi)優(yōu)勢(shì)模態(tài)，便可降低噪聲。而優(yōu)勢(shì)模態(tài)的確定，必須建立在模態(tài)分析的基礎(chǔ)之上。3固有特性分析結(jié)構(gòu)的固有特性由結(jié)構(gòu)本身決定，與外部載荷無(wú)關(guān)，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(zhì)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(duì)模態(tài)參數(shù)進(jìn)行計(jì)算，其目的時(shí)，求解從頻率譜中間位置到高頻端范圍內(nèi)的固有頻率時(shí)的求解收斂速度和求解低階頻率時(shí)基本上一樣快。該方法特別適用于大型對(duì)稱結(jié)構(gòu)的特征值求解問(wèn)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(shè)定每次移軸的最大迭代次

7、數(shù)。maxIⅡ移軸(1)計(jì)算移軸，應(yīng)設(shè)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(zhuǎn)向ⅡmaxI(1)對(duì)k=012….r解，然后將對(duì)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(guò)程中形成；12...KQQQ1KQ?T?(2)求解階標(biāo)準(zhǔn)特征值問(wèn)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(dá)到了預(yù)期的特征值個(gè)數(shù)，退出；否則將未收斂的前q個(gè)近似向量作為初始向量進(jìn)行下一次迭代。4響應(yīng)分析響應(yīng)分析的目的是計(jì)算結(jié)構(gòu)在動(dòng)載荷作用下，節(jié)點(diǎn)位移、速度和加速度的變化規(guī)律。因此響應(yīng)分析的任務(wù)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(duì)角化的情況。該法是根據(jù)矩