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。     

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。     

带附加气室空气弹簧动刚度影响因素试验研究

以1T15M-2型膜式空气弹簧为基础,建立了带附加气室空气弹簧的试验系统,试验研究了带附加气室空气弹簧动刚度的影响因素,对各影响因素的影响规律做了详细描述,并对各因素的影响机理做了探讨。试验结果及分析表明,振动频率、激励振幅、弹簧初始气压、节流孔开度和附加气室容积是弹簧动刚度的主要影响因素;弹簧初始气压、振动频率和振幅的增大均会增加弹簧动刚度,节流孔开度和附加气室容积的增大则有利于降低弹簧动刚度,但附加气室容积超过弹簧工作容积2倍以上时,附加气室容积的变化对动刚度的影响便不再明显。     

内平动齿轮副啮合综合刚度与系统的分岔特性

用机构反转法将内平动齿轮副转化为定轴齿轮副,然后用有限元方法分析了该内啮合定轴齿轮副的啮合综合刚度,并使用FFT变换得到其频谱特性,进而得到了内平动齿轮副的啮合综合刚度的频谱特性,在此基础上,考虑了齿侧间隙的非线性因素,进一步得到存在多齿接触的时变啮合刚度下内平动齿轮副的运动微分方程。然后,用经典的显式四阶Rouge-Kutta法对系统的各个参数进行了数值计算,得到系统的参数分岔图,并分析了各参数对系统动力学行为的影响。为内平动齿轮副的设计参数选择提供理论依据。     

主动隔振作动器刚度放大与控制误差分析

研究了主动隔振系统中作动器的刚度放大与控制误差问题。主动隔振系统中作动器的刚度应与其负载刚度相匹配,如果负载较大或者作动器刚度较小,可以利用作动器与小刚度弹簧串联的方式放大输出刚度。分析了控制器的输出误差均匀分布时主动隔振系统的隔振性能,分析表明,对作动器刚度放大时,需要同时提高控制器的相对精度与作动器的行程才能保证原有的隔振效果,作动器的输出刚度与控制器相对精度、作动器的输出行程两参数具有等效性与替代性。这为设计主动隔振系统时控制器与作动器在更广阔的范围内选择提供了依据。     

转子的多自由度支承系统动刚度研究

本文研究多自由度支承系统动刚度的计算方法,并用于计算轴系临界转速。由两个自由度支承系统出发,导出求解动刚度曲线的正则化滤波方法,以获得近似最优解,推广至多自由度系统获得解析形式的三次样条和经验解,实例证明了计算方法是正确和有效的.     

计及套圈变形的电主轴角接触球轴承动刚度分析

针对高速电主轴结构特点,应用弹性力学和滚动轴承动力学理论,建立考虑内圈弯曲变形影响的角接触球轴承动刚度分析模型,探讨不同工况下内圈的径向挠度及其对轴承动刚度的影响,最后在12MD60Y6型号电主轴上进行轴承动刚度测试。理论和实验结果表明,内圈径向挠度和轴承的轴向载荷成正比、与转速成反比,在重载条件下其值不容忽视。考虑内圈径向挠度的轴承动刚度计算结果更接近实验结果。     

弹性联轴器动刚度测试系统研究

针对具有非线性特性和干摩擦阻尼特性的高弹性联轴器，设计了其动刚度测试系统。测量软件采用基于Ｗｉｎｄｏｗｓ事件驱动的程序设计方法。考虑系统所响应的不同事件，建立相应的功能模块，并优化了系统结构。最后给出了该测试系统的实际应用情况。     

汽车悬架液压衬套非线性动特性的实验与建模方法研究

在不同振幅位移激励下,测试了一汽车液压衬套的动刚度、滞后角随频率的变化特性。建立了液压衬套动态特性分析的非线性集总参数模型,基于模型,探讨了液压衬套橡胶主簧、惯性通道与液压衬套动特性之间的关系,计算结果与实验结果的一致,验证了计算模型分析的正确性。分析建立的集总参数模型,表明液压衬套在不同位移振幅激励下,存储动刚度具有不动特征点及在高频激励下动刚度趋于定值的特性。基于这种特性发展了模型参数的辨识方法,并对液压衬套集总参数模型中的参数进行了识别,利用识别得到的参数对液压衬套的动特性进行了计算,验证了识别得到的参数的正确性。     

基于试验模态分析的薄壳塑件刚度研究

以大型薄壳塑件显示器后壳为研究对象,在壳体刚度变形理论分析的基础上,结合试验模态所得到的显示器后壳前二十阶振型图,分析了显示器后壳的振动及翘曲变形并提出相应的结构修改方案.解决了以往由于有限元模拟时存在的很多理论假设和边界条件而难以对壳体塑件的刚度及强度进行准确分析的问题.为对其结构设计作正确修改,减少结构的不合理性,提高塑件刚度等作重要指导.     

汽车尾气成分动态检测技术研究

针对汽车尾气成分动态检测的需要,设计不分光红外检测气室、控制系统及上位机软件,开发出简易瞬态工况检测仪。该控制系统以ARM7为核心,传感器信号经放大、A／D转换等调理后实时显示尾气各成分的浓度并存储。检测仪经USB接口把检测数据传递给工控机,利用上位机软件对各成分浓度、流量进行统计,分析出汽车在各工况的排放等。经实验验证：该检测仪可满足动态检测各工况尾气成分和流量的需要,检测结果直接决定环保标志的发放,方便实用。     

Topology optimization for nonlinear dynamic problems: Considerations for automotive crashworthiness

Crashworthiness of automotive structures is most often engineered after an optimal topology has been arrived at using other design considerations. This study is an attempt to incorporate crashworthiness requirements upfront in the topology synthesis process using a mathematically consistent framework. It proposes the use of equivalent linear systems from the nonlinear dynamic simulation in conjunction with a discrete-material topology optimizer. Velocity and acceleration constraints are consistently incorporated in the optimization set-up. Issues specific to crash problems due to the explicit solution methodology employed, nature of the boundary conditions imposed on the structure, etc. are discussed and possible resolutions are proposed. A demonstration of the methodology on two-dimensional problems that address some of the structural requirements and the types of loading typical of frontal and side impact is provided in order to show that this methodology has the potential for topology synthesis incorporating crashworthiness requirements.     

负刚度时滞反馈控制动力吸振器的反共振优化

提出一种含接地负刚度弹簧的时滞动力吸振器的反共振峰最小优化方法。首先,研究的模型不考虑时滞位移控制和主系统的阻尼,利用固定点理论得到接地负刚度系统的最优结构参数。其次,考虑优化调节负刚度系数,利用反共振峰最小准则,把反共振点幅值控制在给定的足够小的范围内,得到一组最优结构参数,使调控的反共振频率频带最宽。接着,调节主系统的阻尼系数,得到最终的一组最优结构参数。最后,通过幅频响应和时间历程响应曲线证明了反共振峰最小准则的正确性,并且将该研究结果与其他两种等峰优化的吸振器模型的减振效果进行对比,证明了接地负刚度时滞动力吸振器减振效果的优越性。     

Bithermal low-cycle fatigue evaluation of automotive exhaust system alloy SS409

This investigation provides thermomechanical fatigue data for the ferritic stainless steel alloy SS409, used extensively in automotive exhaust system components. The data were generated to assess the total strain version of the strain range partitioning (TS-SRP) method for the design and durability assessment of automotive exhaust systems. The cyclic lifetime and the cyclic stress–strain–temperature–time behaviour for alloy SS409 were measured using bithermal tests with extreme temperatures of 400 and 800 °C. Fatigue lives ranged up to 10 000 cycles with hold-times of 0.33–2.0 min. The bithermal fatigue behaviour was compared to isothermal, strain-controlled fatigue behaviour at both 400 and 800 °C. Thermomechanical cycling was found to have a profound detrimental influence on the fatigue resistance of SS409 compared to isothermal cycling. Supplementary bithermal tests with hold-times ranging from 40 s to 1.5 h were conducted to calibrate the TS-SRP equation for extrapolation to longer lifetimes. The observed thermomechanical (bithermal) fatigue lives correlated well with estimated lives using the TS-SRP equations: 70% of the bithermal fatigue data fall within a factor of 1.2 of calculated life; 85% within a factor of 1.4; and 100% within a factor of 1.8.     

基于密度分布曲线法的复合材料变刚度铺层优化

基于梯度的优化方法对复合材料层合板进行了变刚度铺层优化设计。在优化过程中需确定铺层中各单元的密度以及角度。为了使优化结果具有可制造性,优化结果需满足制造工艺约束并且铺层角度需从预定角度中选取。为了避免在优化问题中引入过多的约束并减少设计变量的数目,提出密度分布曲线法(DDCM)对层合板中各单元的密度进行参数化。根据各单元的密度以及角度设计变量并基于Bi-value Coding Parameterization(BCP)方法中的插值公式确定各单元的弹性矩阵。优化过程中以结构柔顺度作为优化目标,结构体积作为约束,优化算法采用凸规划对偶算法。对碳纤维复合材料的算例结果表明:采用DDCM可得到较理想的优化结果,并且收敛速率较快。     

Bi-level optimization for a dynamic multiobjective problem

In this article, a bi-level optimization problem covering upper (design) and lower (operation) levels is defined and a solution procedure for bi-level optimization problems is presented. This is devised as a dynamic multiobjective optimization problem, i.e. the values of the control and state variables change over a predefined time horizon and several competing criteria are optimized simultaneously. Moreover, the interaction between the upper and lower levels is analysed. The benefits of bi-level dynamic multiobjective optimization are illustrated in detail by examining an industrial case in which the design of a paper mill (upper level) and the mill operation (lower level) are optimized at the same time. However, the problem definition and the solution procedure are not limited to any specific application but can be exploited in many different industrial areas.     

考虑动静刚度的HDM50卧式加工中心立柱的优化设计

立柱是机床加工中心的关键部件,其结构形式对机床的加工精度有很大影响.以提高立柱动态性能为目的,考虑加工中心的动静刚度性能要求,提出立柱的优化设计方案,建立优化设计模型.首先采用HyperMesh的优化模块Optistruct对立柱进行拓扑优化,得到高性能的拓扑形式,然后考虑可加工性将立柱简化为筋板结构,并在此基础上利用遗传算法结合ANSYS的APDL编程语言进行进一步的详细设计.相比原始设计方案,立柱的动态刚度有了明显的提高,表明给出的方法对机床的结构设计有指导意义.     

融合视觉感知特性的HDR视频编码率失真优化算法

针对高动态范围(HDR)视频较之于传统低动态范围(LDR)视频所需存储资源和传输带宽急剧增加的问题,本文提出了一种基于视觉感知特性的HDR视频编码的动态率失真优化算法,以提高高效视频编码(HEVC) Main 10编码HDR视频的性能。本文通过引入视觉选择性关注信息,对不同区域采取非均等的失真权重分配策略,优化常规的失真计算方法;同时,为了进一步去除视频中的感知冗余,融合视频内容的纹理特性自适应调节拉格朗日乘子,并应用于编码量化器动态调节量化参数,实现编码比特和失真感知权衡。实验结果表明：与HEVC Main 10相比,在相同HDR-VDP和PSNR DE质量指标下,所提算法平均节省7.46%和6.53%码率,最大分别节省18.52%和11.49%,所提算法在保持视觉质量的前提下能够有效降低码率。

     

动力失稳的拟静力刚度准则与能量判别准则

以可模拟非线性保守结构体系的一个计算模型为例,重点分析、对比了判别结构动力稳定性的拟静力刚度准则和能量判别准则。拟静力刚度准则依靠切线刚度非正定判定结构发生动力失稳可能导致误判。能量判别准则适用于具有屈曲后不稳定平衡路径的结构,利用屈曲后不稳定平衡路径上鞍点处的总势能作为动力失稳临界能量,结构总能量超越临界能量则判定为动力失稳。振动极值位移随荷载变化的曲线可以作为一种动力平衡路径,在接近临界荷载时,荷载的微小增量会导致结构振动极大位移显著增大,最终在临界点发生跃越失稳。     

Simulation of road salt corrosion in austenitic alloys for automotive exhaust systems

Abstract

Cyclic oxidation tests in air with intermittent salt spraying have been performed to simulate the conditions of road salt (NaCl–CaCl₂) enhanced corrosion in automotive exhaust systems.

Tests were carried out at 600 and 700°C on three austenitic alloys, including two stainless steels currently employed for exhaust components (AISI 316 Ti and AISI 302B) and a higher nickel heat resisting alloy.

The presence of salt causes internal corrosion, both along a regular front beneath an outer oxide scale and down alloy grain boundaries. An increase in temperature accelerates the corrosion rate and particularly enhances intergranular penetration.

The results of micrographic and microanalytical investigations are in general agreement with an active oxidation mechanism in which Na_xCl_x vapour species, and not only chlorine, appear to play an important role. The regions directly affected are depleted in chromium and iron and enriched in nickel.

Although internal oxidation of silicon is observed, a high silicon content (2%) does not necessarily ensure effective protection against this type of attack.