消音器悬挂系统结构优化及有限元分析
摘 要
近些年汽车已经发展成为他们日常生活中必不可少的一种环境噪声工具,随着他们使用水平和程度的进一步提高,汽车所产生的引擎和发动机噪声已经发展成为最主要的环境噪声之一，为减少汽车噪声，需在排气管中安装消音器，而消音器的耐久性能将会影响到排气系统功能发挥，所以对于消音器耐久性而言，连接部位的应力水平起着重要作用。
为了深入地考察消音器悬挂系统的可靠与其动态振动特性,运用 hypermesh 软件对其振动强度和模态频率分析,获得了系统各个零部件的振动应力强度分布和模态频率分布。在此基础上对存在问题的部件进行了结构改进。计算结果表明,在各种工况下,原方案的箍带应力水平受到原方案螺栓预紧力的影响较大,优化后的结构能有效地降低了箍带应力对其螺栓预紧力的灵敏度,提升了产品的可靠性;同时,模态频率和发动机怠速激振频率之间的误差要求在 5hz 以上,能够适应工程需要，满足设计要求。
关键词：消音器悬挂系统；动态振动特性；强度；模态频率；屈服强度；
目 录
摘 要 I
Abstract II
第1章 绪论 1
1.1 课题背景 1
1.2 实际意义 1
1.3 本文研究的内容 2
第2章 消音器悬挂系统分析理论与方法 3
2.1 悬挂系统简述 3
2.2 有限单元法发展概述 4
2.3 有限元基本理论 4
2.4 有限元分析流程 6
2.5 有限元法的应用领域 8
2.6 有限元分析软件简介 8
2.7 本章小结 10
第3章 消音器悬挂系统的有限元分析 11
3.1 消音器悬挂系统几何模型简介 11
3.2 消音器悬挂系统有限元模型的建立 11
3.3 消音器悬挂系统的有限元分析 14
3.4 本章小结 17
第4章 消音器悬挂系统的优化 18
4.1 悬挂系统结构优化 18
4.2 消音器悬挂系统优化后的应力计算 18
4.3 模态计算 20
4.4 本章小结 20
结论与展望 21
致 谢 22
参考文献 23
第1章 绪论
1.1 课题背景
最近几年，伴随着全球汽车使用量的急速上升，汽车的使用给环境的保护带来的压力也日益递增。根据对我国经济学家人群数据进行统计分析的结果,汽车中产生的发动机辐射噪音大约占整个环境中发动机辐射噪音能源的75%,已经逐步发展为汽车最重要的一种环境污染物噪声源,而且汽车中发动机辐射噪音也是重要环境污染源,给广大人们的工作和日常生活都造成了极大的不便和困扰，严重地影响了广大人们的身心健康。这种环境影响主要集中体现在饮用食物过程中的人类消化、视觉、心血管、神经系统等,长期生活处于高浓度噪声污染环境生活中的糖尿病患者往往还可能会同时出现严重头晕、恶心、疲劳、焦虑、心律失常等症状。因此，追求对于低噪声的汽车安全和舒适度检测标准，这已经逐渐成为了衡量其汽车安全和舒适度的重要指标，受到广大消费者的高度关注。为了提高和改善我国现代化都会居住条件，满足市场的需求，减少汽车噪音已经变成一个紧急而又必须解决的课题。根据对大数据进行统计研究的结果，汽车产生的发动机辐射噪声约占整个环境噪音总能量的75%，已经逐渐发展成为最重要的环境噪声源，而且汽车和发动机的辐射噪声源是一个重要的环境噪声源，给广大人们的工作和日常生活带来很大的干扰，严重地影响了人们的身心健康。消音器作为汽车排气系统重要的组成部位之一，其耐久性能将会直接影响到排气系统功能的发挥，所以对于消音器耐久性能而言，连接部位的应力水平对系统的可靠性起到决定作用[1]。
为了考察消音器悬挂系统的可靠与动态振动特性，本文运用了HYPERMESH软件对其部件进行了强度和模态分析，从而获取到系统各部件的应力分布及模态频率分布情况，并在此基础上对该部件存在的问题进行了结构的优化改进。
1.2 实际意义
悬挂式系统本身就是一种将一辆汽车的主轴与其他主轴或者是车轮之间的所有驱动力都进行了传递的链条式连接装置,它的作用就是通过链条式传递汽车主轴、其他主轴或者是其他主轴之间的驱动力和摩擦能量,并且可以缓冲汽车的主轴或者是来自于路面不平坦地向汽车传递的所有驱动力量,这就是给汽车主轴或者整个汽车的身体而带来的一种冲击能量，并通过衰减这些因素而引起的震荡，以及保证整辆汽车平稳地正常运行。
悬挂装置最初的功能是为了支撑重量，改善驾驶员乘坐时的感知，不同悬挂装置的位移会让驾驶员有不同的行驶感。看似简易的悬架系统被认为是我们现代汽车的重要关键组成部件之一，它们结合了多种力量，这些因素都决定着汽车具备的稳定、舒适、安全等诸多功能。
而此次我们为了延长消音器的使用寿命，提高耐久性，将悬挂系统用于消音器上，减少车架对于消音器的冲击，以保证消音器的正常使用。
因此，本文以NMLW3A2消音器支架作为研究对象，考察该悬挂系统可靠与动态振动特征并进行优化改进，使优化后的新结构既能够适应工程需求，又可满足设计需求，提高产品的可靠性，为该系统设计修改提供了可靠的依据。
1.3 本文研究的内容
本文选择NMLW3A2消音器支架作为研究对象，考察该悬挂系统可靠与动态振动特征，运用有限单元法分析，使用HYPERMESH软件，导入该系统模型并对其进行分析，研究其悬挂系统各部件的强度和模态，获得各部件的应力分布及模态频率分布情况，在此基础上对该系统进行结构优化。
1) 了解消音器悬挂系统的作用
2）依靠NMLW3A2消音器悬挂系统几何模型来建立其有限元模型
3）对NMLW3A2消音器的悬挂系统进行非线性强度计算与模态频率数据分析,获得其悬挂系统各个零部件的非线性应力分布状况和模态频率分布的状况,并在此基础上对一些存在一些问题的结构零部件进行了修改和优化
4) 针对其中有问题的零件进行了结构改进
5) 优化后结构可有效降低箍带应力对其螺栓预紧力的灵敏度，提高产品可靠性，能够适应工程需要，满足设计要求
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