CN111079320A - 排气系统的虚拟路谱仿真分析方法 - Google Patents

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曹侃
王晨
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Abstract

一种排气系统的虚拟路谱仿真分析方法，其包括如下步骤：S1：按照实际的路试标准规范，在虚拟试验场中完成整个路试环节，并提取出关键位置处的信号；S2：对上述信号进行处理，作为有限元计算的输入；S3：对排气系统的数模进行离散化网格建模；S4：进行相关性调试，使有限元模型和实际模型的相关性参数模态置信准则值满足要求；S5：利用调试后的有限元模型以及步骤S1中得到的加速度曲线信号进行计算，得出排气系统的模态应力以及每阶模态的参与因子；S6：利用耐久分析软件计算得出每个关键位置处的损伤和安全系数。相较于现有技术，本发明虚拟的方法具有周期短、成本低、精度可靠的优点。

Description

排气系统的虚拟路谱仿真分析方法
技术领域
本发明涉及一种排气系统的虚拟路谱仿真分析方法，属于发动机排气系统技术领域。
背景技术
由于车型以及路面的多样化，对排气系统的耐久开发提出了更高的要求，而开发车型在试验场的道路上的载荷采集及分析计算就对系统的耐久性能判断显得尤为重要。
传统的排气系统路谱采集验证方法。这种方法首先需要征用试验场至少一周的时间，同时还需要提前两周的时间准备系统应变片的粘贴和系统的改造；为了得出准确的损伤结果，还需要对每一条焊缝部位做出相应的应力寿命曲线(寿命和应力的关系曲线)，整个周期需要两到三个月的时间。
以往由于计算机速度和有限元中瞬态计算方法的缺失，对于长时间的瞬态输入分析显得无能为力。随着技术的发展，如何利用虚拟仿真的方法缩短开发时间、节省开发成本是业界亟需解决的技术问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种能够缩短开发时间、节省开发成本的排气系统的虚拟路谱仿真分析方法。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种排气系统的虚拟路谱仿真分析方法，其包括如下步骤：
S1：按照实际的路试标准规范，在虚拟试验场中完成整个路试环节，并提取出关键位置处的加速度随时间变化的加速度曲线信号；
S2：对虚拟试验场中采集得到的加速度曲线信号进行处理，最终作为有限元计算的输入；
S3：利用有限元软件对排气系统的数模进行离散化网格建模；
S4：进行有限元模型的模态计算和根据实际模型的模态测试结果进行相关性调试，最终使有限元模型和实际模型的相关性参数模态置信准则值满足要求；
S5：利用调试后的有限元模型以及步骤S1中得到的加速度曲线信号进行计算，得出排气系统的模态应力以及每阶模态的参与因子；
S6：利用耐久分析软件计算得出每个关键位置处的损伤和安全系数。
作为本发明进一步改进的技术方案，在步骤S1中，整个路试环节采用多体动力学仿真的方法。
作为本发明进一步改进的技术方案，在步骤S1中，所述关键位置包括吊钩位置和发动机悬置位置。
作为本发明进一步改进的技术方案，在步骤S4中，如果有限元模型和实际模型的相关性参数模态置信准则值不满足要求，则调整对象，重新进行有限元模型的模态计算直到有限元模型和实际模型的相关性参数模态置信准则值满足要求。
作为本发明进一步改进的技术方案，所述调整对象包括调整吊耳、波纹管、模型质量分布。
作为本发明进一步改进的技术方案，在步骤S5中，所述计算是通过模态瞬态法计算得出的。
作为本发明进一步改进的技术方案，在步骤S6中，采用应变法，通过标定获得所述关键位置的缺口系数，从而计算得出每个关键位置处的损伤和安全系数。
相较于现有技术，本发明能够实现虚拟代替实际测试的效果，虚拟的方法可以实现周期短、成本低、精度可靠的优点。
附图说明
图1是本发明排气系统的虚拟路谱仿真分析方法的流程图。
具体实施方式
请参图1所示，本发明揭示了一种排气系统的虚拟路谱仿真分析方法，其包括如下步骤：
S1：按照实际的路试标准规范，在虚拟试验场中完成整个路试环节，并提取出关键位置处的加速度随时间变化的加速度曲线信号；
S2：对虚拟试验场中采集得到的加速度曲线信号进行处理，最终作为有限元计算的输入；
S3：利用有限元软件对排气系统的数模进行离散化网格建模；
S4：进行有限元模型的模态计算和根据实际模型的模态测试结果进行相关性调试，最终使有限元模型和实际模型的相关性参数MAC(Modal Assurance Criterion，模态置信准则)值满足要求；
S5：利用调试后的有限元模型以及步骤S1中得到的加速度曲线信号进行计算，得出排气系统的模态应力以及每阶模态的参与因子；
S6：利用耐久分析软件，采用应变法，通过标定获得所述关键位置的缺口系数，从而计算得出每个关键位置处的损伤和安全系数。
在步骤S1中，整个路试环节采用多体动力学仿真的方法。所述关键位置包括吊钩位置和发动机悬置位置。
在步骤S4中，如果有限元模型和实际模型的相关性参数模态置信准则值不满足要求，则调整对象，重新进行有限元模型的模态计算直到有限元模型和实际模型的相关性参数模态置信准则值满足要求。所述调整对象包括调整吊耳、波纹管、模型质量分布等。在步骤S4中，测试结果与仿真结果的相关性分析对计算的精度显得尤为重要。
在步骤S5中，所述计算是通过模态瞬态法计算得出的。对于长时间的瞬态计算，模态瞬态法的应用显得十分必要。
在步骤S6中，在耐久分析计算时候，采用应变法中，对于每条焊缝的缺口系数的取值需要利用历史数据的总结，这对最终损伤的计算有很大影响。
相较于现有技术，本发明排气系统的虚拟路谱仿真分析方法采用模态叠加法的方法，可以计算长时间的瞬态位移输入，并结合整车多体动力学计算与排气系统耐久损伤计算，可以快速的得出排气系统的每个关键位置的损伤和安全系数，从而可以判断系统的耐久风险。
另外。本发明排气系统的虚拟路谱仿真分析方法只需要在虚拟计算的环境下进行，通过多体动力学计算获得排气系统吊钩处的加速度响应，输入到排气系统有限元模型中，作为排气系统的输入，再通过模态瞬态法计算，可以得出每条焊缝的应力历程，再利用耐久分析软件计算每条焊缝的损伤或安全系数。通过虚拟技术的应用，大幅降低了排气系统的开发成本，缩短了开发周期。
以上实施例仅用于说明本发明而并非限制本发明所描述的技术方案，对本说明书的理解应该以所属技术领域的技术人员为基础，尽管本说明书参照上述的实施例对本发明已进行了详细的说明，但是，本领域的普通技术人员应当理解，所属技术领域的技术人员仍然可以对本发明进行修改或者等同替换，而一切不脱离本发明的精神和范围的技术方案及其改进，均应涵盖在本发明的权利要求范围内。

Claims (7)

1.一种排气系统的虚拟路谱仿真分析方法，其包括如下步骤：
S1：按照实际的路试标准规范，在虚拟试验场中完成整个路试环节，并提取出关键位置处的加速度随时间变化的加速度曲线信号；
S2：对虚拟试验场中采集得到的加速度曲线信号进行处理，最终作为有限元计算的输入；
S3：利用有限元软件对排气系统的数模进行离散化网格建模；
S4：进行有限元模型的模态计算和根据实际模型的模态测试结果进行相关性调试，最终使有限元模型和实际模型的相关性参数模态置信准则值满足要求；
S5：利用调试后的有限元模型以及步骤S1中得到的加速度曲线信号进行计算，得出排气系统的模态应力以及每阶模态的参与因子；
S6：利用耐久分析软件计算得出每个关键位置处的损伤和安全系数。
2.如权利要求1所述的排气系统的虚拟路谱仿真分析方法，其特征在于：在步骤S1中，整个路试环节采用多体动力学仿真的方法。
3.如权利要求1所述的排气系统的虚拟路谱仿真分析方法，其特征在于：在步骤S1中，所述关键位置包括吊钩位置和发动机悬置位置。
4.如权利要求1所述的排气系统的虚拟路谱仿真分析方法，其特征在于：在步骤S4中，如果有限元模型和实际模型的相关性参数模态置信准则值不满足要求，则调整对象，重新进行有限元模型的模态计算直到有限元模型和实际模型的相关性参数模态置信准则值满足要求。
5.如权利要求4所述的排气系统的虚拟路谱仿真分析方法，其特征在于：所述调整对象包括调整吊耳、波纹管、模型质量分布。
6.如权利要求1所述的排气系统的虚拟路谱仿真分析方法，其特征在于：在步骤S5中，所述计算是通过模态瞬态法计算得出的。
7.如权利要求1所述的排气系统的虚拟路谱仿真分析方法，其特征在于：在步骤S6中，采用应变法，通过标定获得所述关键位置的缺口系数，从而计算得出每个关键位置处的损伤和安全系数。
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