[发明专利]一种汽车排气管消音器的有限元建模方法

说明书

本发明公开的一种汽车排气管消音器的有限元建模方法，包括：对筒体的翻边部分、筒体与端盖处的翻边部分、进气管、内管、隔板、出气管、端盖、进气管与筒体焊接处、出气管与端盖焊接处、内管与隔板焊接处、筒体与隔板焊接处、筒体进行有限元建模，得到相应的网格；然后为上述网格创建材料和属性，并将所创建的材料和属性分别赋给相应的网格；最后增加质量点，建立刚性单元，对汽车排气管消音器整体进行质量校正。本发明建模精确、网格数量更少、网格质量更高且容易实施，适用于计算机辅助工程领域。

技术领域

本发明属于计算机辅助工程的技术领域，具体涉及一种汽车排气管消音器的有限元建模方法。

背景技术

汽车排气管消音器主要由薄板材制造而成，用于降低车辆噪声。在机械振动、气流冲击和热作用下，为实现其声学特性要求和空气动力学要求，消音器必须有着良好的结构设计(含材料)，满足一定的强度、刚度和动力学(模态、响应谱分析等)要求。传统的消音器结构设计主要采用设计人员的经验和大量实验相结合的方法，时间长、成本高。随着计算机硬件的不断发展以及软件应用的日益成熟，可以采用计算机模拟仿真的方法来研究排气管消音器的结构设计，或进行优化组合，以达到缩短设计周期、减少不必要的人力物力消耗的目的，实现消音器设计的现代化、精确化。

有限元方法是目前应用最成熟、最广泛的一种数值计算方法，它利用数学近似的方法对真实物理系统(几何和载荷工况)进行模拟。有限元求解问题的基本过程主要包括：前处理(建立有限元模型，简称建模)、有限元求解、计算结果的后处理三部分。其中，建模主要有几何清理、网格划分、属性设置、加载及求解设置等内容。有限元模型的质量直接影响到求解时间及求解结果的准确性。

现有文献中，针对消音器有限元结构分析模型的建立方法的研究少之又少。其中，《单腔扩张式消声器的模态分析及结构改进》(文献一)仅简单提及了使用Ansys三维实体单元Solid45来建立模型；《HyperWorks在消声器模态计算上的应用》(文献二)公开的建模方法如下：全部采用Shell单元，定义厚度，对薄板进行网格划分；用节点重合代替焊接；内管的圆孔用方孔代替。相对于文献一中的方法，文献二中的方法采用了Shell单元来进行网格划分，比利用六面体划分网格获得的网格数目少很多，而且网格质量更好，一定程度上提高了计算效率。

但是，上述两种方法中：(1)都没有公开具体的实施步骤与方法；(2)都没有考虑焊缝，但是，忽略焊缝将不能分析焊缝自身及周边的应力，且引起较大的质量误差与质量分布误差，不能真实地反应出消音器在振动、气流冲击与热作用下的静力学与动力学性能；(3)对于翻边的处理，虽然文献二中略有提及，但是其开始忽略、最后补划的方法，将破坏已有的网格模型，增加了建模难度；(4)模型因忽略细小特征与焊缝，必然导致总质量的差异，对计算结果的精度影响大，两种方法都没有考虑质量的校正。因此，需要一种建模精确、网格数量更少、网格质量更高的且容易实施的消音器的建模技术，以进行消音器的强度、刚度和模态的仿真分析。

发明内容

本发明克服现有技术存在的不足，所要解决的技术问题为：提供一种建模精确、网格数量更少、网格质量更高且容易实施的汽车排气管消音器的有限元建模方法。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种汽车排气管消音器的有限元建模方法，所述汽车排气管消音器包括：筒体、端盖、内管、进气管、隔板和出气管，所述进气管与所述筒体、所述出气管与所述端盖、所述内管与所述隔板、所述筒体与所述隔板均通过焊接联接，所述筒体本身、所述筒体与所述端盖均通过翻边联接。