某轿车排气系统振动分析

联合有限元软件与AVL-Excite软件,对某轿车排气系统进行模态与强迫振动分析。首先利用有限元软件对排气系统做自由模态分析,初步分析其吊耳点布置合理与否。然后利用有限元软件对排气系统进行自由度缩减,提取其质量矩阵、刚度矩阵、主节点自由度信息及模态信息,整合到内燃机-排气系统多体动力学模型中,对排气系统进行受迫振动分析,充分考虑其弹性变形与模态共振对振动响应的影响。得出排气系统任一点上的振动响应及排气管路长度上的振动传递率,考察其振动耦合特性;为排气系统的空间走向和结构设计提供强有力的依据。     

铰接式空间桁架结构模态试验研究

铰接式空间桁架结构铰链多、柔性大,其地面环境下的动力学特性较难准确获取。桁架结构地面模态试验易受试验条件的影响。采用锤击法对桁架结构进行模态试验,获得了桁架结构的模态参数,并通过模态置信准则验证了试验结果的可靠性。结合不同试验工况,分析了悬挂条件和拾振点位置对桁架结构模态试验结果的影响。建立了桁架结构有限元模型并进行模态分析,与试验结果进行对比。试验结果表明:降低悬挂附加刚度有利于避免模态耦合;悬挂点均匀对称布置可减轻铰链滑移对结构整体刚度的削弱,提高试验的可重复性;拾振点居中布置有利于提高辨识模态的完备性;增加悬挂长度可降低悬挂效应对低阶模态的影响。研究结果对大型含铰柔性结构的地面模态试验具有借鉴意义。     

车下设备悬挂刚度对车辆平稳性影响

为分析车下设备悬挂刚度对车辆平稳性的影响,通过对某型动车的车体有限元模型进行模态计算,并利用多体动力学软件SIMPACK的接口模块FEMBS建立该动车的刚柔耦合系统动力学模型,研究不同的设备悬挂刚度对车体与设备的耦合振动影响。通过刚性与弹性两种不同的联接方式对的比分析可知,弹性联接方式能够对车体的弯曲振动起到抑制作用,由此大大降低设备对车体振动的影响。刚度优化仿真结果表明：车下设备悬挂刚度的不同对车辆的平稳性指标有着重要的影响。     

汽车排气系统吊耳动刚度优化方法的研究

基于汽车排气系统吊耳传递的动态载荷最小、吊耳耐疲劳性最好,建立了考虑动力总成在内的排气系统振动分析模型。进行了排气系统的自由模态和约束模态的测试,并和计算值进行了对比分析,证明了所建立的排气系统振动模型的正确性。以吊耳的垂向动态载荷最小和其静变形量在一定范围内为优化目标,建立了排气系统吊耳动刚度优化模型。优化后,在怠速工况和2档全负荷加速工况下对车身底板驾驶员位置进行了振动响应测试,测试结果表明,利用优化后的吊耳刚度,能够有效降低车身底板的振动加速度,表明了阐述的排气系统建模和吊耳动刚度优化方法的有效性。文中建模与优化方法,对排气系统的吊耳动刚度计算与优化具有指导意义。     

客车排气系统振动特性优化及试验验证

为提高某国产轻型客车的乘坐舒适性,解决车内排气系统侧车身地板振动较大的问题,通过与对标车进行道路试验对比分析,发现排气系统吊挂点位置和吊挂悬置刚度的设计并不合理,导致排气系统向车身传递的振动过大。基于平均驱动自由度位移法（ADDOFD）分析计算,得到所有参考点的各阶模态振型加权求和,重新选择平均驱动自由度位移较小的位置作为排气系统吊挂点;综合考虑吊挂悬置隔振效果和耐疲劳性能,对吊挂悬置刚度进行优化设计。最后,对排气系统吊挂位置和吊挂悬置刚度优化设计提出最优改进方案,并进行试验验证分析,试验结果验证了该优化方案的有效性与合理性。     

排气系统结构噪声的分析与优化控制

阐述排气系统引起的车内NVH问题。通过运用排气系统振动噪声分离手段,得出某样车3900r／min轰鸣噪声是排气系统结构噪声引起的。分别应用试验模态分析和有限元模态分析技术对排气系统模态参数进行识别,发现该轰鸣声是由于排气系统热端和冷端模态耦合引起。同时应用有限元模态分析技术对该问题进行优化分析,得出在排气歧管和发动机缸体之间增加加强支架和更改排气系统冷端球绞位置的方案。最后通过试验验证,该方案能够很好的解决车内轰鸣噪声问题。     

太阳能电池阵地面模态试验的重力影响及其校正方案

通过分析预应力作用下太阳能电池板的固有振动,发现重力对侧向悬挂的电池板地面模态试验结果存在影响.重力产生的面内应力增强了电池板的刚度,导致基频升高.同时,重力也会造成侧向悬挂的单块电池板刚体摆动,出现非零频率的刚体模态.采用多点悬挂,并优化悬挂点上支撑力的分配,能够削弱重力对电池板固有振动特性的影响,使得地面的实测结果更接近于无重力作用下的理论计算结果.通过单块电池阵的计算分析,表明多点悬挂技术可以比较有效地减小地面重力影响,可进一步将该技术推广到整翼太阳电池阵的地面模态试验中.     

某汽车排气系统振动特性

建立某汽车排气系统的有限元模型,对其进行模态分析仿真,得到排气系统的前若干阶的固有频率及其振型。基于模态分析和排气系统的振动测试结果,对排气系统在发动机不同转速下的激励引起的振动进行分析,研究排气系统的振动特性,提出结构的改进意见,为提高排气系统的工作可靠性和使用寿命提供参考。     

法向接触刚度对装配体振动模态影响的研究

在对装配体进行模态分析时,装配体接触面间的法向接触刚度对计算结果具有很大影响,但在实际中由于处理困难却往往被省略。基于有限元建模方法分析了装配体接触面法向接触刚度对装配体振动模态的影响。首先,根据接触力学理论推导了法向接触刚度与接触表面粗糙度和接触应力之间的关系;然后,探讨了通过改变层单元弹性模量来模拟法向接触刚度的有限元建模方法;最后,通过算例分析了考虑与不考虑接触刚度时振动模态的差异。研究结果表明,考虑法向接触刚度的有限元等效模型计算结果与解析解非常接近,不考虑接触刚度的整体模型计算结果与解析解异较大,一般超过了10%以上,且频率越低差异越大,另外振型也有明显差异。本文建立的有限元建模方法可用于研究法向接触刚度对装配体振动模态的影响。     

爆炸冲击下悬挂系统性能验证及参数分析

基于地雷爆炸冲击环境下悬挂系统抗爆炸冲击性能的研究日益受到关注。针对某特种车辆在爆炸冲击环境下悬架系统的缓冲吸能性能进行研究,通过模态分析与模态试验对比验证有限元模型的准确性;建立整车爆炸环境,利用有限元仿真的方法对比分析防雷板加速度、车身底板加速度、假人小腿受力峰值,验证悬挂系统对车辆防护性能的作用。通过改变钢板弹簧刚度和弹簧阻尼系数进行悬挂系统参数分析。研究发现:无悬挂系统和有悬挂系统相对比,假人小腿受力峰值增加了57.3%;钢板弹簧片数为3时,假人小腿受力分别比2、4片时减少5.4%、6.4%。仿真结果表明了悬挂系统在地雷爆炸冲击环境下具有吸能缓冲的作用,且悬挂系统刚度影响整车的抗爆炸冲击能力。     

Exact stiffness matrix of mono-symmetric composite I-beams with arbitrary lamination

The exact stiffness matrix, based on the simultaneous solution of the ordinary differential equations, for the static analysis of mono-symmetric arbitrarily laminated composite I-beams is presented herein. For this, a general thin-walled composite beam theory with arbitrary lamination including torsional warping is developed by introducing Vlasov’s assumption. The equilibrium equations and force–deformation relations are derived from energy principles. The explicit expressions for displacement parameters are then derived using the displacement state vector consisting of 14 displacement parameters, and the exact stiffness matrix is determined using the force–deformation relations. In addition, the analytical solutions for symmetrically laminated composite beams with various boundary conditions are derived as a special case. Finally, a finite element procedure based on Hermitian interpolation polynomial is developed. To demonstrate the validity and the accuracy of this study, the numerical solutions are presented and compared with the analytical solutions and the finite element results using the Hermitian beam elements and ABAQUS’s shell element.     

基于静力凝聚的高精度变截面梁单元及其几何非线性分析研究

基于Euler-Bernoulli梁单元基本假定,通过静力凝聚获得截面特性沿单元轴向连续变化的变截面梁单元高精度刚度矩阵,并提出一种基于随动坐标法求解变截面梁杆结构大位移、大转动、小应变问题的新思路。首先依据插值理论和非线性有限元理论推导出三节点变截面梁单元的切线刚度矩阵,然后使用静力凝聚方法消除中间节点自由度,从而得到一种新型非线性两节点变截面梁单元。结合随动坐标法,在变形后位形上建立随动坐标系,得到变截面梁单元的大位移全量平衡方程。实例计算表明,该新型变截面梁单元具有较高的计算精度,可应用于变截面梁杆系统大位移几何非线性分析。     

排气系统吊耳动静态特性分析及结构优化

吊耳是汽车排气系统的隔振关键部件,其动静态特性直接影响隔振性能。用非线性有限元数值计算方法研究一种典型吊耳动静态特性,首先建立吊耳有限元模型,选择合适本构模型,模拟吊耳的动静态特性并计算吊耳三向静刚度,再用不同频率正弦信号激励吊耳,模拟其动态特性并用互功率谱的方法计算动刚度和阻尼角;最后运用正交试验方法对吊耳进行结构优化,找出对吊耳动静态特性影响最大结构参数并得到优化方案,使得吊耳动静态特性满足要求,提高隔振性能。     

CLASSICAL SOLUTION SHAPE FUNCTIONS IN THE FINITE ELEMENT ANALYSIS OF CIRCULAR AND ANNULAR PLATES

The objective of this work is to present a new method for the dynamic and static analysis of thin, elastic, isotropic, non-uniform circular and annular plates. The method is a combination of plate theory and finite element analysis. The plate is divided into one circular and many annular finite elements. The displacement functions are derived from Sanders' classical plate theory. These displacement functions satisfy the convergence criteria of the finite element method. The matrices for mass and stiffness are determined by precise analytical integration. A computer programme has been developed, the convergence criteria have been established, and the natural frequencies and vibration modes have been computed for different cases. The results obtained reveal that the frequencies calculated by this method are in good agreement with those obtained by other authors. © 1997 by John Wiley & Sons, Ltd.     

基于谱元法的裂Lamb纹梁波传播特性研究

首次提出用一种无质量弹簧元来模拟含横向裂纹梁的轴弯耦合效应,并结合谱元法分析含裂纹梁内Lamb波的传播特性.由卡氏定理和断裂力学方法推导弹簧元的刚度,以此构建裂纹处的平衡条件和位移协调条件,建立损伤谱元模型.通过和传统的有限元模型进行比较,表明在显著提高计算效率的同时,所提出模型在分析结构固有特性和Lamb波传播特性上都具有较高的精度.在所提出模型的基础上又推导出基于谱元法的能量计算公式,通过裂纹处的能量守恒再次验证损伤模型的正确性和有效性,同时研究结果表明裂纹处转化生成的Lamb 波各模态能量随裂纹深度的变化具有单调性,该结论可以为结构健康监测中定量识别裂纹提供实用依据.     

副车架计算模态分析中衬套动刚度的当量方法

针对副车架计算模态分析中橡胶衬套的处理问题,在有限元分析软件中以CBUSH单元模拟橡胶衬套,并以橡胶衬套动刚度的当量值作为CBUSH单元的刚度赋值。从动刚度与静刚度之比的角度出发,提出一种基于橡胶衬套静刚度的动刚度当量方法,称之为"橡胶衬套动刚度的修正系数当量方法"。运用正交试验设计,通过试验模态与计算模态的对比验证所提橡胶衬套动刚度当量方法的有效性,同时,明确不同位置的橡胶衬套对模型精度的影响规律,可应用于相关建模分析中。     

单闭室复合材料薄壁梁的结构阻尼

研究单闭室复合材料薄壁梁的结构阻尼特性。基于变分渐进法（VAM) 和Hamilton原理,分别建立薄壁梁的截面力位移关系和运动方程;采用Galerkin法对薄壁梁进行自由振动分析;在获得薄壁梁振动模态矢量的基础上,根据最大应变能理论,对薄壁梁的模态阻尼性能进行预测,并且将阻尼预测的结果与现有的有限元计算结果进行对比,验证了本文阻尼分析模型的有效性。进一步针对周向均匀刚度配置(CUS)和周向反对称刚度配置（CAS）两种构型复合材料薄壁箱形梁以及一个翼型截面梁,进行阻尼计算,揭示了纤维铺层角和截面宽高比等参数的影响     

基于模态试验与优化的静动力学模型转换

在结构强度分析中,将刚度分布较为准确的静力学模型转换为动力学模型可以大大提高建模效率。提出了一种基于模态试验和优化算法的静、动力学模型转换方法。在调整静力学模型的刚度矩阵基础上,再按照质量、质心、惯矩、单元体积进行节点质量的预分配,最后根据模态试验识别出的模态参数优化节点质量的修正量,如此便可得到其动力学模型。以某飞机翼身组合结构模型的转换为例,证明了该方法的实用性。