摘 要：本文以某汽车排气系统为研究对象，运用 HyperMesh 划分网格，结合 OptiStruct 求解器，对排气系统的模态进行了分析，并将模态频率和振型与试验对比。分析结果表明：Altair 公司提供的软件在排气系统有限元模型建模以及结果的求解精度方面具有很好的应用。

关键词：排气系统 模态分析 HyperMesh OptiStruct

Abstract: In this paper, HyperMesh and Optistruct were employed to do modal analysis for an automotive exhaust system, which correlates well with the test result. It is concluded that the finite element software offered by Altair can help significantly in automotive exhaust system modeling and calculation.

Keywords: Exhaust system, modal analysis, HyperMesh, OptiStruct

1 引言

    模态分析在汽车排气系统中的应用具有广泛的意义，汽车排气系统的模态频率与模态振型与整 车的 NVH 特性直接相关。由于汽车排气系统结构比较复杂，其组成零部件比较多，各部件的建模简 化以及假设对模态结果有很大影响。

     本文运用 Altair 公司提供的软件模块 HyperWorks 对排气系统进行了建模假设，运用 OptiStruct 求解器对其进行了模态频率与振型的求解，并与试验进行了对比分析。通过对比分析表明：软件提 供了合适的建模方式以及准确的求解精度。

2 有限元分析

    如图 1 所示为某汽车排气系统有限元模型。该排气系统主要由法兰、三元催化转化器、挠性节、消声器、吊钩吊耳以及管件等组成。结合有限元分析假设理论以及 HyperWorks 软件中的单元类型，运用 HyperMesh 对其进行了网格划分，其中法兰与实心吊钩运用实体单元进行模拟、三元催化转化器以及消声器壳体、管件等运用壳体单元模拟，消声器中的玻璃纤维以非结构质量单元依附与壳体表面，挠性节与橡胶吊耳为弹性元件，建模中运用梁单元或者弹簧单元进行模拟。

    由于排气系统在实车安装过程中，进气端通过法兰岐管与发动机相连，排气系统通过吊钩吊耳与车身底盘相连。故在实际模拟分析中，将法兰端与橡胶吊耳与底盘连接端完全固定。

                        图 1 汽车排气系统部分有限元模型

                            表1模态分析结果                                                       

由表 1 可知 160Hz 频率范围内有 16 阶模态频率。

3 试验验证

    如图 2 所示为某汽车排气系统模态试验装夹图，整个排气系统通过岐管以及橡胶吊耳与试验夹具进行连接 ，在排气系统上布置了 12 个加速度传感器，运用 LMS 数据采集系统，采用了单点激励多点响应的方法对其进行了模态试验。其模态试验结果见表 1。由表 1 知，160Hz 范围内测出了 6 阶模态，比有限元分析模拟数据少，这是因为加速度传感器的个数有限，以及与布置的位置有关，增加传感器个数、改变测试点位置，可以增加测试数据。由表 1 也可看出，模拟与试验的最大误差为7.1%，在工程实际应用可接受范围内。

                                          图2模态试验装夹图

4 模态振型

    为辨识计算模态与测试模态是否为同一振型，如图 3 列出了各测试模态下的试验与分析对比图。

                                           图3 模态振型比较图

仿真模拟与试验模态振型一致。

5 结论

本文以某汽车排气系统为研究对象，对其进行了模态模拟分析与试验对比，结果一致。分析表明：HyperMesh与Optistruct在模型简化建模与求解方面具有好的应用。