某進(jìn)氣歧管支架NVH優(yōu)化及分析

歐力郡，胡必謙，陸榮榮，范習(xí)民

（安徽江淮汽車集團(tuán)股份有限公司技術(shù)中心，安徽 合肥 230601）

前言

近年來，隨著汽車的廣泛普及和更新?lián)Q代的速度越來越快，消費者對整車的舒適性有了越來越高的要求。NVH作為衡量汽車制造質(zhì)量的一個綜合性問題，給汽車用戶的感受是最直接的。如何降低發(fā)動機(jī)的NVH，從而改善整車的舒適性，成為各大整車廠及零部件企業(yè)越來越關(guān)注的問題。

我們自主研發(fā)的某柴油發(fā)動機(jī)噪聲測試中發(fā)現(xiàn)，在小負(fù)荷加速時，1300-1550Hz 范圍內(nèi)進(jìn)氣側(cè)存在比較強(qiáng)烈的共振噪聲，為進(jìn)氣歧管支架共振產(chǎn)生的輻射噪聲。為降低其共振輻射噪聲，對進(jìn)氣歧管支架進(jìn)行優(yōu)化，并對相應(yīng)的優(yōu)化方案進(jìn)行分析評估，以優(yōu)化該支架的NVH性能。如圖1所示。

圖1 進(jìn)氣側(cè)1300-1550HZ范圍內(nèi)存在共振噪聲

1 進(jìn)氣歧管支架模態(tài)分析

1.1 進(jìn)氣歧管支架簡介

本文涉及的進(jìn)氣歧管支架為厚度為 3mm的沖壓件，安裝在一款縱置直列四缸柴油機(jī)上。該支架一端固定在發(fā)動機(jī)缸體上，另一端支撐在進(jìn)氣歧管上，從下方對進(jìn)氣歧管及EGR總成進(jìn)行支撐。

如圖2所示。

圖2 進(jìn)氣歧管支架連接結(jié)構(gòu)

1.2 分析輸入及邊界

模態(tài)計算分析輸入如表1所示。計算的邊界條件的施加與工程實際是否吻合，直接影響到分析結(jié)果的正確性和合理性。本次施加的條件如下：約束進(jìn)氣歧管支架與缸體連接處以及進(jìn)氣歧管與缸蓋接觸面的三向平動自由度。

表1 進(jìn)氣歧管支架分析輸入

1.3 分析結(jié)果

用Hypermesh對模型進(jìn)行網(wǎng)格劃分，經(jīng)過原支架系統(tǒng)的約束模態(tài)頻率計算可知，該進(jìn)氣歧管支架的前2階局部模態(tài)頻率分別為1353.7 Hz和1597.6Hz，如圖3、圖4所示。較接近噪聲測試結(jié)果。

圖3 一階模態(tài)1353.7Hz

圖4 二階模態(tài)1597.6Hz

根據(jù)約束模態(tài)頻率計算進(jìn)氣歧管支架的位移和應(yīng)變能云圖可知，支架前兩階局部共振都發(fā)生在支架支撐腿分岔稍上區(qū)域，如圖5，圖6所示。

圖5 一階模態(tài)位移和應(yīng)變能云圖

圖6 二階模態(tài)位移和應(yīng)變能云圖

2 進(jìn)氣歧管支架結(jié)構(gòu)優(yōu)化

2.1 支架結(jié)構(gòu)改進(jìn)方案

為了改善進(jìn)氣歧管支架的共振輻射噪聲，根據(jù)上述約束模態(tài)頻率技術(shù)分析，提出了兩個改進(jìn)方案，詳述如下。

方案一：基于原 3mm厚度的進(jìn)氣歧管支架上，在一階及二階模態(tài)變形較大的地方增加兩條加強(qiáng)筋，見圖7。

圖7 方案一：厚度3mm，增加加強(qiáng)筋

方案二：將原有進(jìn)氣歧管支架的板材厚度由 3mm增厚到4mm，并在變形較大的地方增加兩條加強(qiáng)筋，見圖8。

圖8 方案二：厚度4mm，增加加強(qiáng)筋

2.2 支架結(jié)構(gòu)改進(jìn)方案分析

根據(jù)約束模態(tài)頻率計算可知，方案一在進(jìn)氣歧管支架增加兩條加強(qiáng)筋后，支架的前二階局部模態(tài)頻率分別為1521Hz和1951Hz，相比原支架有一定幅度的提升，但還是沒有能夠規(guī)避掉1550Hz的共振頻率。如圖9。

圖9 方案一的前二階實際約束模態(tài)

根據(jù)約束模態(tài)頻率計算的位移和應(yīng)變能云圖可知，優(yōu)化支架的加強(qiáng)區(qū)域基本接近應(yīng)變能集中區(qū)域。見圖10。

對方案二進(jìn)行分析，根據(jù)約束模態(tài)頻率計算可知，進(jìn)氣歧管支架增加兩條加強(qiáng)筋且厚度增厚到 4mm后，支架的前二階局部模態(tài)頻率分別為 1647.1Hz和 2014.7Hz，相比原狀態(tài)及方案一都有較大幅度的提升，基本能夠規(guī)避掉 1550Hz的共振頻率。如圖11。

圖10 方案一的前二階模態(tài)位移和應(yīng)變能云圖

圖11 方案二的前二階實際約束模態(tài)

根據(jù)約束模態(tài)頻率計算的位移和應(yīng)變能云圖可知，優(yōu)化支架的加強(qiáng)區(qū)域基本接近應(yīng)變能集中區(qū)域。且相比方案一，進(jìn)氣歧管支架增厚后，整體剛度得到增強(qiáng)。如圖12。

圖12 方案二的前二階模態(tài)位移和應(yīng)變能云圖

兩種方案對比如表2。

表2 各狀態(tài)局部模態(tài)頻率對比

如表 2，進(jìn)氣歧管支架初始狀態(tài)時，一階模態(tài)頻率和二階模態(tài)頻率分別為1353.7Hz和1597.6Hz，在小負(fù)荷加速時，產(chǎn)生比較強(qiáng)烈的共振噪聲。方案一增加加強(qiáng)筋后，支架的前兩階模態(tài)頻率得到提高，但仍避不開 1550Hz共振范圍。使用方案二增加加強(qiáng)筋并增加支架厚度后，支架的一階模態(tài)頻率及二階模態(tài)頻率進(jìn)一步提升，避開了1550Hz的共振頻率。

另外，根據(jù)發(fā)動機(jī)最大點火頻率公式：

式中，n為發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速，r/min；z為發(fā)動機(jī)缸數(shù)；T為發(fā)動機(jī)沖程數(shù)。支架所安裝的發(fā)動機(jī)為直列4缸4沖程柴油機(jī)，額定轉(zhuǎn)速為4000r/min，由式（1）可知，fFmax=134Hz。

根據(jù)模態(tài)頻率評價標(biāo)準(zhǔn)，該支架的一階自由模態(tài)頻率應(yīng)大于1.4倍最大轉(zhuǎn)速下的點火頻率值，即應(yīng)大于187.6Hz。計算了各狀態(tài)支架的，結(jié)果如表 3，即該支架原狀態(tài)及各方案下的一階自由模態(tài)頻率都滿足設(shè)計要求。

表3 各狀態(tài)自由模態(tài)頻率

綜合以上結(jié)果，各方案的1階自由模態(tài)頻率都滿足設(shè)計要求，但方案二更能滿足降低1300-1550Hz 范圍內(nèi)的進(jìn)氣歧管共振輻射噪聲的需求。

3 結(jié)語

通過對進(jìn)氣歧管支架進(jìn)行模態(tài)分析及優(yōu)化，得到以下結(jié)論：

（1）通過對進(jìn)氣歧管支架結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，使其前二階局部模態(tài)頻率得到提高，避開共振頻率范圍。

（2）增加加強(qiáng)筋和增加厚度是提高沖壓類零部件模態(tài)頻率的兩種有效方法。加強(qiáng)筋的位置應(yīng)選擇在零部件應(yīng)變能集中區(qū)域。當(dāng)增加加強(qiáng)筋后仍無法滿足要求時，應(yīng)適當(dāng)增加沖壓件厚度。

（3）通過模態(tài)計算，可以準(zhǔn)確的找到零部件的薄弱位置，并進(jìn)行針對性的優(yōu)化，縮短了零部件的開發(fā)周期，提高了效率。