汽車排氣系統(tǒng)振動疲勞特性研究.pdf

1、排氣系統(tǒng)作為降低發(fā)動機(jī)噪聲和減少廢氣污染物的重要組成部分，在路面激勵和發(fā)動機(jī)激勵等復(fù)雜載荷的作用下將產(chǎn)生劇烈的振動，而排氣系統(tǒng)的振動將導(dǎo)致其產(chǎn)生較大的動變形，進(jìn)而引起較大的動應(yīng)力，同時由于排氣系統(tǒng)受到發(fā)動機(jī)的高溫氣體的作用，在其管壁內(nèi)還會產(chǎn)生一定的熱應(yīng)力，而且排氣系統(tǒng)是由多個組成部分焊接而成，因此應(yīng)力集中也是一個不容忽視的因素。因而在對排氣系統(tǒng)進(jìn)行振動疲勞特性分析時，不僅要考慮動應(yīng)力的影響，而且還要考慮熱應(yīng)力及應(yīng)力集中的影響。本文以排氣

2、系統(tǒng)為研究對象，在綜合考慮動應(yīng)力、熱應(yīng)力和應(yīng)力集中對排氣系統(tǒng)應(yīng)力的影響的情形下，對排氣系統(tǒng)振動疲勞特性進(jìn)行了研究。主要內(nèi)容包括:
　　首先，以排氣系統(tǒng)為研究對象，綜合考慮發(fā)動機(jī)、車身及車橋?qū)ζ涞挠绊?，將排氣系統(tǒng)、發(fā)動機(jī)、車身及車橋視為一個集成系統(tǒng)，建立考慮整車影響的排氣系統(tǒng)力學(xué)模型，然后推導(dǎo)得出該集成系統(tǒng)的動能表達(dá)式和勢能表達(dá)式，接著代入拉格朗日方程建立考慮整車影響的排氣系統(tǒng)動力學(xué)模型，為分析排氣系統(tǒng)的固有特性以及動態(tài)響應(yīng)提供了理

3、論基礎(chǔ)。
　　其次，考慮到路面激勵的隨機(jī)性，采用三角級數(shù)對路面激勵進(jìn)行描述;直列四缸發(fā)動機(jī)一階往復(fù)慣性力和一階、二階往復(fù)慣性力矩都是平衡的，只有二階往復(fù)慣性力及其產(chǎn)生的傾覆力矩不平衡，成為了發(fā)動機(jī)振動的主要原因。在所建立的動力學(xué)模型的基礎(chǔ)上，根據(jù)路面激勵和發(fā)動機(jī)激勵對排氣系統(tǒng)的影響，分析其振動特性，為得出排氣系統(tǒng)的動應(yīng)力提供了理論依據(jù)。
　　然后，基于排氣系統(tǒng)的動態(tài)響應(yīng)，同時考慮熱應(yīng)力及應(yīng)力集中對排氣系統(tǒng)總應(yīng)力的影響，進(jìn)而得

4、出任意位置的動應(yīng)力。應(yīng)用半波處理方法，將動應(yīng)力分成若干個半波，根據(jù)排氣系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特點和振動特性，考慮與排氣系統(tǒng)裂紋相關(guān)的參數(shù)，建立排氣系統(tǒng)疲勞裂紋擴(kuò)展模型，揭示振動特性、結(jié)構(gòu)參數(shù)與疲勞特性之間的關(guān)系。研究表明:排氣系統(tǒng)在強(qiáng)迫振動情形下裂紋的形成與擴(kuò)展速率受到熱應(yīng)力和動應(yīng)力的共同影響，而在排氣系統(tǒng)產(chǎn)生共振時，動應(yīng)力遠(yuǎn)大于熱應(yīng)力。
　　最后，通過實例仿真分析了排氣系統(tǒng)的動態(tài)特性和疲勞裂紋擴(kuò)展情況，探明了振動特性與疲勞特性之間的內(nèi)在聯(lián)系