汽车排气系统悬挂点位置的设计及结构优化

【摘要】面对当今日益严格的环保要求，影响车辆整车品质的排气系统的作用也是逐渐被人们所重视。排气系统不仅要确保能够顺利地排出发动机的燃烧废气，还要能够进行化学反应，将废气转化为对人体和环境无害的无色无味的气体。与此同时，由于发动机内的燃料燃烧时会产生振动和噪声，所以排气系统还要能够减少对于车体的振动能量的传递，以达到减振降噪的目的。汽车行驶时，排气系统会通过其悬挂装置将振动能量传到汽车的车体上，引起汽车的振动和噪声。由多自由度系统的模态分析理论可以知道，调整汽车排气系统的吊挂的悬挂位置，能够较好地减少排气系统对汽车车体的振动能量传递[1]。模态分析和有限元技术是结构动力学中的两大基石，本文将结合这两大技术对排气系统的悬挂点位置进行设计。首先，本文构造了汽车排气系统的有限元仿真计算模型，并在实验室进行了排气系统的模态实验，采用比利时的LMStest.Lab中的PolyMax法来测出所需要的相应的模态参数。通过计算仿真模型的自由模态和实验自由模态之间的MAC（ModalAssuranceCriterion，也就是模态判定准则）值来确定有限元仿真模型的切实可靠性；然后，本文采用平均驱动自由度位移法对汽车排气系统吊挂的悬挂位置进行初步的设计，并对排气系统的有限元仿真模型进行模态分析、静力学分析和动力学仿真分析，来证实文中所设计的排气系统的吊挂悬挂位置的合理性。通过汽车排气系统的有限元仿真模型来设计吊挂的悬挂位置，大大的缩减了传统意义上的实验次数，成功的降低了新型排气系统的研发成本，大幅度的缩短了新产品的开发周期。本文采用CFD数值模拟的方法对排气系统进行了仿真建模，并通过台架实验验证仿真模型的可行性。在此基础上对汽车排气系统的部分组件进行针对性的结构优化，成功的降低了排气系统的各个组件和整个排气系统的排气背压，提升了汽车的行驶动力性和运行经济性。根据台架实验和CFD的分析结果，得到排气系统的各部分对整个排气背压的贡献量和各部分排气背压产生的具体原因。本文主要是对主消声器和二级三元催化器进行针对性的结构优化，并详细分析了两者在优化前后的流场特性。优化后，汽车排气系统的排气背压得到了明显的下降，例如：优化后的排气系统整体的排气背压平均降低了大约25%，而组件中的最大的排气背压也由刚开始时的74.8KPa下降到了现在的53.2KPa。优化后，汽车的动力性和经济性也有了显著的改善，例如：汽车的额定工况点功率的最大提升幅度为15%左右，而发动机的燃油消耗率的最大降低幅度则为16%左右。国内外对于汽车排气系统悬挂点的设计和排气背压的降低大多集中于理论，而用于指导工程实际应用的文章却不是很多，使得理论研究与实践应用相“脱节”。鉴于此，本文以排气系统的悬挂点位置的设计和降低排气背压，提高汽车的乘坐舒适性、动力性和经济性为目标，以排气系统的实验室台架实验和计算机有限元仿真模型为方法，介绍了汽车排气系统悬挂点的设计和部分组件的结构优化的过程，对现实生活中的实际应用有一定的帮助。
【作者】张修路；
【导师】姚国凤；
【作者基本信息】吉林大学，固体力学，2014，硕士
【关键词】汽车排气系统；计算机仿真模型；计算流体力学；吊挂的设计；组件的结构优化；

【参考文献】
[1]刘忠.产权性质、资本结构与代理成本研究[D].华中科技大学,会计学,2012,硕士.
[2]牛夏牧,赵亮,黄文军,张慧.利用数字水印技术实现数据库的版权保护[J].电子学报,2003,S1:2050-2053.
[3]郭增彩.冲击振动压路机试验样机与压实特性研究[D].太原科技大学,机械设计及理论,2014,硕士.
[4]秦春艳.祁连山冻土区天然气水合物微生物的研究[D].北京化工大学,微生物与生化药学,2013,硕士.
[5]孙一鸥.《哈利·波特》中译本中的“假象等值”现象[D].扬州大学,英语语言文学,2011,硕士.
[6]何云龙.氟氧化物锗硅酸盐玻璃及透明微晶玻璃的制备和上转换发光性能研究[D].浙江大学,材料科学与工程,2014,硕士.
[7]雷瑞瑞.外周血髓系抑制细胞和IL-10、IL-12与婴幼儿喘息相关性研究[D].郑州大学,儿科学,2013,硕士.
[8]鲁效尧.CFRP与角钢组合加固框架节点有限元分析[D].武汉理工大学,结构工程,2013,硕士.
[9]张婷筠.稻谷储藏期间挥发物变化规律及其与理化指标相关性研究[D].南京财经大学,农产品加工及贮藏工程,2013,硕士.
[10]熊晶晶.地震信号奇异性分析及其应用的研究[D].广西师范大学,计算机应用技术,2013,硕士.
[11]程澄.企业团队跳槽转换成本及留用策略研究[D].兰州理工大学,企业管理,2014,硕士.
[12]李丽.伊曲康唑与特比萘芬治疗儿童孢子丝菌病的临床观察及对比分析[D].吉林大学,临床医学,2013,硕士.
[13]张倩.肿瘤坏死因子TNF-a参与红核痛觉信号通路调控的机制[D].青海大学,免疫学,2014,硕士.
[14]程文娟.有氧运动对创造性问题解决的影响[D].西南大学,发展与教育心理学,2014,硕士.
[15]万华颖.职业女性情绪劳动、工作家庭冲突与工作倦怠的关系研究[D].华东交通大学,企业管理,2013,硕士.
[16]郑启明.基于支持向量机的上市银行成长性研究[D].南京财经大学,会计学,2011,硕士.
[17]张杰君.基于微纳结构的光纤激光传感理论及应用研究[D].华中科技大学,光学工程,2012,硕士.
[18]李振鹏.强激光场下分子准直的理论模拟[D].吉林大学,原子与分子物理,2014,硕士.
[19]李景文.面向对象空间实体矢量模型及其应用研究[D].中国地质大学（北京）,2007.
[20]张慧.“公正”德性的培养[D].华东师范大学,伦理学,2013,硕士.
[21]王永,郭志忠,彭茂君,任江波.基于灵敏度分析的多区域互联电力系统状态估计[J].电力系统自动化,2007,19:27-31.
[22]杨勇超.I3C介导的NF-kB沉默抑制人胰腺癌细胞uPA表达的实验研究[D].大连医科大学,外科学,2012,硕士.
[23]李元,唐哓初.基于最优主元数的故障检测性能的改进(英文)[J].自动化学报,2009,12:1550-1557.
[24]张慧.基于DSP控制的矢量水听器测距系统研究[D].中北大学,测试计量技术及仪器,2013,硕士.
[25]周利平.BH公司软件开发项目流程管理改进研究[D].苏州大学,工商管理（专业学位）,2014,硕士.
[26]郑美宏.中国OFDI的逆向技术溢出效应分析[D].河北经贸大学,国际贸易学,2014,硕士.
[27]朱刚兵.基于β-环糊精和纳米碳材料的POPs电化学传感研究[D].湖南大学,2013.
[28]林振刚.沙漠区开展地震勘探的设想[J].石油地球物理勘探,1980,S1:89-90.
[29]王金龙.交流电动机热过载及堵转保护原理研究及建模[D].黑龙江大学,信号与信息处理,2013,硕士.
[30]曾红卫.Web应用的验证与测试方法研究[D].上海大学,2008.
[31]刘娟.淄博市物业管理的现状、困境及对策研究[D].天津大学,公共管理,2013,硕士.
[32]王延平.协同信号分子B7-H3对肺炎链球菌脑膜炎小鼠脑损伤的影响[D].苏州大学,儿科学,2014,硕士.
[33]李黎国.Android健康服务终端无线技术的研究与设计[D].西安电子科技大学,电子与通信工程,2012,硕士.
[34]葛风华.HIV/AIDS患者口腔念珠菌的感染状况和耐药性分析[D].南方医科大学,口腔临床医学,2012,硕士.
[35]龚河滨.CFRP布加固非延性钢筋混凝土桥墩抗震性能分析[D].西南交通大学,桥梁与隧道工程,2014,硕士.
[36]申怡.后危机时代大学生就业趋向调查研究[D].湖南师范大学,高等教育学,2014,硕士.
[37]杨献南.山东省高校体育教育专业排球专选生裁判能力影响因素研究[D].首都体育学院,体育教育训练学,2013,硕士.
[38]吴正朋,刘思峰,米传民,党耀国,崔立志.基于不动点的新强化缓冲算子及其性质研究[J].控制与决策,2010,09:1338-1342+1348.
[39]伍堃.政府主导下城市社区建设研究[D].河北师范大学,政治学理论,2012,硕士.
[40]刘紫瑶.中文演讲四字格的英语口译策略研究[D].外交学院,翻译,2014,硕士.
[41]王晓艳.南海海洋环境保护合作机制研究[D].海南大学,国际法,2014,硕士.
[42]盖照亮.2℃100W冷量高精度冷源设计[D].哈尔滨工业大学,动力工程及工程热物理,2013,硕士.
[43]简蔚霞.中国人群骨表型遗传率及雌激素受体Alpha基因与骨表型和体重指数关系的研究[D].湖南师范大学,动物学,2004,硕士.
[44]尹现歌.高速铁路牵引网潮流计算的改进算法[J].电子制作,2015,15:202-203.
[45]张艳阳,李树深.神秘的新材料——拓扑绝缘体简介[J].物理教学,2013,12:2-6.
[46]彭莲,李硕,闫永红,邹慧琴,杨晓芸,李佳慧.金银花气味与化学成分的相关性分析[J].中国中药杂志,2014,22:4383-4388.
[47]孙岩冰.一如既往再续新篇——第十届金融展将如期举行[J].金融电子化,2002,04:89.
[48]邓思思.聚苯胺复合材料的制备及其吸波性能的研究[D].东华大学,材料学,2013,硕士.
[49]徐琳.完善我国税务行政处罚听证程序的探讨[D].四川大学,法律,2003,硕士.
[50]张颖.民间借贷若干疑难民法问题研究[D].南昌大学,法律（专业学位）,2012,硕士.