汽车排气系统装置相互之间的配合

车辆的主要振动方式是其排气系统，汽车在日常运行中，发动机对汽车排气系统起到一定的激振作用，而且行驶路面不平稳也会对汽车排气系统产生振动，汽车排气系统在使用过程中会产生一定的激振力。通过悬挂钩子的方式作用于汽车车身，也会对系统的NVH性能产生影响。目前，国内外有关专家的研究重点逐渐集中在如何解决汽车消声器设备的振动问题上。利用CAE工具可以有效地辅助汽车产品的设计验证，包括设计校核、三维设计、整车造型、零件加工等环节，可以为实际的汽车研发工作提供相关的数据和经验。

一、CAE与汽车排气系统的实用功能。

1、CAE技术的实用性。

车辆排放系统是一个非常复杂的系统，在研发过程中，与排气系统各部分的分析工作、计算工作、设计工作有着非常紧密的联系，利用CAE技术能够全面地反映排气系统的所有特性，从而选择与发动机更匹配的排气系统产品。应用CAE技术在实际汽车研发过程中具有如下实际作用：一是应用CAE技术可以有效地缩短汽车开发开发周期，将CAE技术应用于汽车建模与分析工作中的参数化造型和实体造型，大大方便了参数和模型的修改，使确定合理结构参数所需的时间进一步缩短。二是可以有效降低汽车研发成本。利用CAE工具可以有效地分析汽车各部件在汽车研发过程中的作用，其研发费用比室内试验和道路实际试验要低很多。利用CAE软件，在汽车研发过程中可以有效地优化汽车零部件，从而为用户研制出性能更好的零部件和汽车产品。

应用CAET工具前，应注意两方面的内容：一、要熟练掌握CAE技术的使用方式。其次，提供基本数据库及有关实验数据。有关试验数据包括各种材料特性、道路特性等数据。该数据库应该包含汽车企业在研发过程中积累的数据。当前，在汽车排气系统CAE分析工作中，边界条件和模型建立过程中还存在着很多问题，其分析的准确性会对仿真结果产生影响，缺乏相应的验证。为此，在对排气系统进行仿真分析时，应全面分析考虑到耦合的因素，如消声器与发动机的耦合、空气对排气系统的冲击与振动等因素，可对排气系统进行流固与声固的耦合分析，并对排气系统进行模拟计算。

2、汽车排气系统的分析。

一种收集废气并排放的系统是汽车尾气系统。汽车消音器、排气管、温度传感器、催化传感器及其它装置。其主要作用是排放发动机在运行过程中的废气，达到减少尾气污染、降低噪声的目的。虽然排气系统的外形比较简单，但在研制过程中，需要考虑排气系统中的管径、管长度、消声器尺寸和车架布置等因素，同时也要充分考虑汽车排气系统中气体的流动，避免相邻气缸排气时两种气流相互影响的现象。排放总管中，安装电喷发动机的氧传感器，受到汽车排气中氧分子的影响，并反馈给电子控制单元，使之进入发动机的混合气体比例。

二、汽车排气系统CAE分析及优化设计方法。

1、系统疲劳寿命分析。

据汽车消声器厂了解到，疲劳耐久性是指汽车排气系统承受各种破坏方式的承受力，包括热疲劳和结构疲劳。在排气系统中，对其耐久性影响的是结构疲劳，它与汽车排气系统材料、安装方式、固定方法、自身结构等因素有关。对于汽车排气系统，在系统前端采用排气管，与发动机相连，另一端用钩子与车体连接。在设计时，应确定挂钩的位置，且不可随意更改。为了有效地提高其排气系统的耐久性，优化过程中应着重于排气系统相关材料及结构设计工作。针对某一车型的排气系统CAD模型，建立了汽车排气系统的应力分析模型，并用Goodman平均应力修正法将其传递到MSC.Fatigue分析软件中，有效地分析了汽车排气系统的寿命和疲劳值，得出数云图，可以直观地观察汽车排气系统中各节点的疲劳寿命数据。

因此，找出应力较大位置与寿命较短的部位有效对应，其位置一般在前消声器段、管焊处、前消声器段、后段接法兰部位等。通过分析，可以了解实际寿命与设计寿命之间的差距，并合理优化排气系统结构，使其更坚固耐用。

2、建立有限元模型及汽车排气系统模型。

建立有限元模型时，应考虑其定位参数、特征参数等具体情况。特征参数包括排气系统中的管体、筒体金属材料的厚度、发动机质量、橡胶吊耳、波纹管刚度和密度等。汽车发动机的定位参数包括排气系统的位置、悬置位置、质心位置等。建立流场分析网格模型时，流场分析的计算范围是汽车排气系统的空腔。当划分模型网格时，要科学、有效地简化汽车排气系统内部结构，从而保证仿真结果的真实性。混合网格模型的划分可分为棱柱四面体、棱柱形五面体和棱柱形六面体。有些比较简单的催音器、排气管部件、波纹管主要采用结构化六面体网格，较复杂的前消音器和后消音器采用无结构四面体网格，这种方法不仅能有效提高计算效率，而且能保证计算精度。进行网格划分时，应有效地控制网格质量。

3、总结。

在汽车的振动中，排气系统是敏感的部位，对于使用柴油机的汽车车型，在设计工作中应重视结构状态的设计，并对悬挂形式和排气系统吊挂点进行合理选择。应该将CAE分析用于检验和分析工作，以降低汽车研发成本，防止排气系统失效，提高汽车使用质量。