[发明专利]一种基于Ogden本构模型的排气系统包络面分析方法

说明书

本发明公开了一种基于Ogden本构模型的排气系统包络面分析方法，包括以下步骤：1.建立排气系统三维几何模型；2.清理几何模型，划分有限元网格，采用超弹性模型表征橡胶材料的本构关系，获取超弹性本构模型参数；3.计算排气系统自由模态和约束模态，修正有限元模型；4.建立橡胶吊耳在不同极限工况下的接触关系；5.施加边界条件和各极限工况对应的加速度载荷，分析排气系统的非线性运动包络面，与传统建模方法得到的结果进行对比分析；6.用有限元后处理软件提取排气系统关注点的三向位移，与限值对比，根据需要进行结果可视化。本发明为提高汽车排气系统在极限工况下的运动包络面分析精度提供了一种简洁、有效的计算方法。

技术领域

本发明涉及汽车排气系统运动包络面技术领域，特别是建立了一种基于Ogden本构模型的排气系统包络面分析方法。

背景技术

在汽车极限行驶工况下时，排气系统橡胶吊耳刚度必然工作在其非线性段，并且吊耳的不同限位块之间或限位块与吊耳其它部位之间发生自接触的可能性很大，从而造成吊耳刚度急剧增大。因此，将吊耳简化为线性刚度弹簧进行排气系统运动包络面的计算方法将产生很大的分析误差。

本发明方法以发明人多年关于橡胶材料本构模型的研究成果为基础，在汽车排气系统正向开发阶段，为准确校验排气系统与周围结构是否有运动干涉，对排气系统与车身之间连接的橡胶吊耳进行非线性刚度建模。基于美国通用公司10种极限工况，根据吊耳在不同极限工况下的接触特性建立相应的自接触关系，分析排气系统的非线性运动包络面，可提供更为准确的运动干涉判断结果。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本发明提供了一种基于Ogden本构模型的排气系统包络面分析方法。

为实现上述目的，本发明提供的一种基于Ogden本构模型的排气系统包络面分析方法，该方法实现步骤如下。

步骤一、建立排气系统三维几何模型；

步骤二、采用Ogden(奥格登)超弹性模型表征橡胶材料的本构关系，由实验数据拟合得到Ogden超弹性本构模型的参数；划分橡胶吊耳的有限元网格，以及排气系统其它部位的有限元网格；Ogden本构模型的应变能密度函数描述如下：

式中，α_i和μ_i为待定材料常数，D_i表征材料的可压缩性系数，J为弹性体积比，λ₁，λ₂，λ₃为3个主伸长比，N为多项式W的阶数(i＝1,…,N)；

步骤三、施加边界条件，计算排气系统自由模态和约束模态，与实验结果对比并修正有限元模型；

步骤四、基于美国通用公司10种极限工况，建立排气系统中的橡胶吊耳在不同极限工况下的接触关系；

步骤五、根据具体的排气系统模态计算内容施加边界条件，施加各极限工况对应的加速度载荷，分析排气系统的非线性运动包络面，并与将橡胶吊耳简化为线性弹簧的传统建模方法得到的分析结果进行对比分析；

步骤六、采用Hyperview有限元后处理软件提取排气系统关注点的三向位移，并与限值对比，确保排气系统在极限工况下与隔热罩及备胎等不发生运动干涉，并根据需要进行结果可视化。

进一步的，步骤一中采用CATIA、ProE、UG、CAD三维建模软件建立排气系统三维几何模型，最终将模型导入专业有限元前处理软件。

进一步的，步骤二中采用Ogden超弹性模型表征橡胶材料的本构关系，由拉伸实验得到的材料的应力-应变数据拟合得到Ogden本构模型的参数，将橡胶试片的应力-应变实验数据输入Adina有限元分析软件，拟合出本构模型的材料参数材料参数即待定材料常数；划分橡胶吊耳的有限元网格时采用三维缩减积分杂交实体单元。