毕业设计（论文）-发动机排气管设计（全套图纸三维）.pdf

太原理工大学本科毕业设计 1 目录目录 摘 要 .错误！未定义书签。错误！未定义书签。 abstract .错误！未定义书签。错误！未定义书签。 1. 绪论 . 1 1.1 课题研究背景. 1 1.2 发动机排气系统的发展史 . 1 1.3 国外研究概况. 2 1.4 国内研究概况. 3 1.5 排气系统设计技术的一个总趋势 . 4 1.6 课题研究意义. 4 1.7 本章小结 . 5 2. 排气系统及振动的理论分析 . 6 2.1 排气系统的设计要求 . 6 2.1.1 排气歧管. 6 2.1.2 排气管. 7 2.1.3 排气歧管. 8 2.1.4 消声器. 8 2.1.5 排气尾管. 8 2.1.6 排气管道的悬置安装 . 8 2.2 排气系统振动概述 . 9 2.3 UG 简介 . 10 2.4 有限元分析简介. 10 2.5 试验模态基本理论 . 11 2.6 基于振动传递函数的排气系统悬挂点位置优化的基本原理 . 12 2.7 本章小结 . 14 3. 排气系统的设计 . 15 3.1 排气歧管的设计. 15 3.1.1 排气歧管的布置 . 15 3.1.2 排气歧管直径的确定 . 15 3.1.3 确定各缸排气歧管长度 . 16 3.1.4 排气歧管的材料 . 17 3.2 消声器 . 17 3.2.1 消声器的结构形式 . 17 3.2.2 消声器容积的确定 . 17 3.2.3 消声器进口直径 . 18 3.2.3 消声器直径 . 18 3.2.4 消声器长度 . 19 3.2.5 消声器的材料 . 19 3.3 排气管 . 19 3.4 本章小结 . 19 4. 排气系统的建模 . 21 太原理工大学本科毕业设计 2 4.1 排气歧管的建模. 21 4.2 消声器的建模. 22 4.3 连接法兰的建模. 23 4.4 排气吊挂的建模. 25 4.5 橡胶悬挂建模. 26 4.6 本章小结 . 27 5. 排气系统的模态分析. 28 5.1 消声器模态分析. 28 5.2 排气吊挂的模态分析 . 31 5.3 排气歧管的模态分析 . 35 5.4 连接法兰模态分析 . 39 5.5 本章小结 . 40 5. 排气系统的隔振设计. 41 6.1 排气系统有限元分析 . 41 6.2 排气系统的模态分析 . 42 6.2.1 试验原理与测试系统 . 42 6.2.2 激振点的布置及拾振点的选择 . 42 6.2.3 试验结果. 43 6.3 振动原因分析及隔振设计 . 43 6.3.1 原因分析. 43 6.3.2 排气系统的改进 . 43 6.4 排气系统悬挂位置的选择 . 44 6.5 本章小结 .错误！未定义书签。错误！未定义书签。 总结与展望 .错误！未定义书签。错误！未定义书签。 参考文献 .错误！未定义书签。错误！未定义书签。 致谢 .错误！未定义书签。错误！未定义书签。 太原理工大学本科毕业设计 1 1. 绪论绪论 1.1 课题研究背景课题研究背景 “能源与环境”是汽车工业在 21 世纪发展所面临的两大课题，随着汽车工业 的迅速发展，汽车噪声和排气污染问题日益严重，而发动机排气系统中振动和噪 音是影响汽车行驶舒适性的主要因素1，基于这样的背景，现代汽车的设计，尤 其是在排气系统的设计上，更加注重于减振的设计。对于现代汽车设计，尤其在 排气系统的设计上，更加注重减排与减振的设计。 近年来，我国汽车迅速发展，早已成为一个汽车大国，但却不是汽车强国， 因为高端市场也就是利润空间最大的市场基本由国外著名厂商占据， 国内年轻的 汽车厂商则只能占用利润空间相对较薄且市场份额较小的低端市场。 其主要原因 在于核心技术的掌握，由于国内汽车技术相对国外有较大差距，国内对汽车研究 主要采用模仿设计，在试验中就会发现很多的问题，如排气歧管表面温度偏高、 排气歧管罩和增压机隔热罩形状不够理想等，甚至出现了排气歧管开裂的问题。 针对这些问题，企业及研究组调研讨论得到结论：在设计过程中，只注重排气系 统的形状模仿和材料运用，而缺乏对排气系统热应力、动态特性的计算，致使在 产品开发时不能提供有效的结构数据指导， 也不能在改进设计中找到问题产生的 根本原因。 全套图纸加 153893706 1.2 发动机排气系统的发展史发动机排气系统的发展史 汽车最早的排气系统不过是一个让燃烧气体排入大气的孔眼而己，后来为了 把随着排气喷出的火焰引向地面，才安装了一根引导排气的管子。那时，发动机 没有排气消声装置,排气的噪声震耳欲聋，常使骡马受到惊吓，因此排气噪声被 太原理工大学本科毕业设计 2 认为是一种严重的公害,许多地方的当局公开宣布，不用马的运输工具不受法律 的保护。 发动机的排气消声器起源于海勒姆马克西姆的取得专利的手枪消声器。 由于环保法规对车辆排污的标准相当严苛，不论怠速、加速、低速行驶、高 速行驶或减速，都必须符合排污标准，车辆在面对这么严苛的限制下，除了在性 能与排污中取得平衡点外，唯一的方法就是安装催化转换器了。催化转换器通常 以贵重金属为原料，有氧化型催化剂、还原型催化剂及目前绝大多数车辆采用的 三元催化转换器。早期的催化转换器多设置于排气管中段的位置，而近来多装在 紧接排气歧管之后，好使催化剂加快达到工作温度。 图 2- 1 排气系统组成图 1.3 国外研究概况国外研究概况 世界各汽车大国早在 20 世纪 60 年代就开始着力关注汽车排放。 日本从 1971 年、欧盟从 1969 年、美国从 1967 年就开始控制机动车噪声，制定噪声法规。国 外对汽车噪声的控制起步较早，其中消声器理论的研究最早始于 20 世纪的 20 年代，是美国的 Stewart 首先提出研究抗性的声滤清器理论。其后噪声的控制技 术和消声器（如图 2- 2）设计得到迅速的发展，其中由日本福田基一教授的专著 噪声控制与消声设计的出版作为机动车噪声控制研究的一个里程碑，总结和 发展了以前的消声器理论，奠定了消声器的理论研究的经典基础。 图 2- 2 消声器结构简图 在 70 年代，国外就采用了有限元对消声器进行研究分析，80 年代就实现了 三维有限元分析：完成了对一简单扩张腔式消声器、内插管、锥形消声器、偏置 式消声器以及回流式消声器传递损失的计算， 证明了三维有限元对于结构复杂的 消声器是一种有效的分析方法，而一维理论是不适合的；另外国外采用边界元法 可有效地确定其四级参数， 并将非平均流动对声传播的影响考虑在内。 与此同时， 太原理工大学本科毕业设计 3 计算机迎来了一个高速发展阶段，相应的应用到汽车上的技术也有了空前的发 展， 计算流体力学的计算方法和数值分析就用在了计算排气系统的流场上包括对 排气系统外部环境模拟、排气系统形状模拟、排气系统温度场及热应力场的计算 分析。 90 年代，振动辐射声数值方法的发展也是随着有限元方法的问世迅速的发 展，D.C.Hodgson 等编制了声辐射计算的边界元方法软件，对落锤的低噪声设计 进行了成功的研究；A.R.Mohanty 等运用有限元和边界方法分析了微型卡车驾驶 室内声场的自然频率、模态振型。 近来，计算流体力学（GFD）在发动机领域的应用越来越广，并逐渐形成一 个独立的发展分支， 其中主要内容之一就是对发动机中的气体流动进行综合数值 模拟，现在 CFD 在消声器内的应用也渐渐多起来。如今，随着现代数字信号处 理技术的发展以及电子控制装置的性能成本的提高， 国际上又提出了有源消声器 的概念。 在材料的选择上，国外的研究也有一段历史。美国在上世纪 60 年代就开始 将铁铬钛不锈钢用于排气系统的制造，日本则在上世纪 70 年代通过重新制定排 气标准，促使三元催化转换器在汽车排气系统中安装使用，使得铁铬钛不锈钢在 排气系统中得到应用，并在 1989 年再次修改，加快了不锈钢材料在排气系统中 的应用进程。到了上世纪 80 年代，由于对汽车轻量化的要求，日本将抗氧化和 抗热疲劳性能优良的11Cr- 0.2Ti 和19Cr- 0.4Cu- 0.3Ni 铁素体不锈钢用于排气歧管 的制造，板厚达到 2.0mm。到上世纪 90 年代，美国通过研究，在铁素体不锈钢 中添加 Nb 和 Mo，增强了不锈钢的耐氧化性，被广泛用于排气系统。 在排气系统建模研究上，Ling 等2建立了排气系统的一维简化模型，通过梁 单元简化建模，同时提出以吊耳最小传递载荷为评价指标，来对吊耳的动刚度进 行优化选择；Fang 等3人运用 NASTRAN 软件中的壳单元模拟排气管，完成了 排气系统非线性模型， 取得了较准确的计算结果。 Pang 等4人对排气系统的结构 动力分析、传递函数及敏感度分析做了总结归纳；SanjayS.Patil、V.V.Katkard 等 5采用了一种新的方法对排气系统进行动力分析，并在试验数据处理，动载荷的 选择和温度变动引起的装配载荷等方面做了阐述，总结其对排气系统振动的影 响，并通过 CAE 动态响应分析，进一步研究其对排气系统性能的影响，通过分 析提出结构修改方案。Kendra Eads 等对排气系统橡胶吊挂的简化进行了研究， 对排气系统的动态特性研究有着指导意义。J. Galindo 等6进行了用于改善高速 涡轮增压柴油机瞬态性能的排气管的设计，最后提出一种合成排气管的优化设 计， 并模拟显示潜在的存在一种不仅在发动机低速时改善发动机瞬态性能，而且 具有保持催化剂入口的气体温度和稳定的转矩的能力。 1.4 国内研究概况国内研究概况 我国政府从 1979 年开始控制机动车噪声，并制定相关的标准（GB1495- 79、 1496- 79)，之后定期修订噪声标准，使得噪声控制的要求变得越来越突出。发动 机排气系统主要有单排气系统和双排气系统两种形式。 单排气系统主要用于直列 型发动机，而双排气系统用于 V 型发动机。排气歧管的传统制造材料为铸铁， 它具有生产工艺简单，成本低等特点。近年来，随着各种合金材料的开发，不锈 钢和各种铝合金材料都被用于排气歧管的生产。 太原理工大学本科毕业设计 4 我国的汽车行业本来发展就晚于世界水平， 所以在排气系统的研究和发展也 是相对较晚，但还是取得了不少成绩：束永平对 CPQ2 型叉车油泵齿轮箱在工作 过程中单元形心处表面压的计算进行了研究，对其声压进行了详细深入的研究， 收获很大；陈朝阳等人利用传递矩阵法对汽车排气消声器进行了性能模拟，并基 于理论模拟方法对消声器进行了优化设计取得了良好的效果； 赵翔等编制了边界 元方法计算程序 BEMSR； 邢素芳， 王观荣等针对排气气管开裂的实际工程问题， 应用有限元分析与试验结合的方法进行研究， 验证了排气系统固有频域与发动机 转动频率耦合产生共振的设想，并通过改变连接方式改善了排气系统的振动属 性。 近年来，由于对汽车 NVH 的重视，排气系统的振动研究有了很大的发展。 王继先等人对内燃机排气系统振动特性进行了分析7，建立有限元分析模型，得 出结论，通过改变橡胶吊耳的位置来改变排气系统固有特性，解决了排气系统怠 速工况下振动剧烈的问题； 刘名等人进行了排气系统振动分析以及悬挂点位置优 化8，通过模态分析得到排气系统的固有频率并找到振型节点，得到吊挂垂向刚 度对排气系统固有频率的影响规律。根据振型节点优化排气系统吊挂位置，有效 地减少排气系统通过吊挂传递到车身底板的力， 改善了车辆乘坐舒适性提高了整 车 NVH 性能；张宏波等人进行汽车排气系统橡胶隔振装置的设计9，合理地设 计了汽车排气系统橡胶吊耳的布置， 利用正交设计法研究对橡胶吊耳的性能进行 了优化设计。确定了排气系统各橡胶吊耳的动刚度，平衡了橡胶吊耳的隔振性和 耐久性，有效降低了排气系统对车内振动噪声的影响。 1.5 排气系统设计技术的一个总趋势排气系统设计技术的一个总趋势 在发动机所有运行工况下将进、排气系统及其构成元件相应的运行特性、气 体动力特性和声学特性的实际可预测模型合并成一个整体的程序， 从而计算出气 缸中随着气流通过气门时进行的循环热力过程和气体动力过程， 以及随之产生的 歧管内和进排气系统波的运动，使发动机性能、燃油经济性和污染排放之间达到 一个最佳的匹配平衡。 1.6 课题研究意义课题研究意义 汽车排气系统是发动机的重要部分，排气系统包括振动、声学、耐久性以及 热排放等重要特性；其中振动对排气系统的设计和布局非常重要。排气系统一端 与发动机相连，另一端则通过吊钩与车体相连，在车辆行驶中发动机的扭矩波动 将激起排气系统的部分模态，并通过排气系统传到车身的吊耳处，这些振动将影 响汽车的舒适性；另外一个振动源为通过车轮的路面激励，也将使车身产生振动 问题。排气系统吊耳用于隔离排气系统到车身的振动传递，而柔性节（波纹管） 主要控制动力总成传递到冷端的振动，起到振动的隔振作用。近年来，随着人们 对汽车舒适性要求的不断提高，对汽车振动和噪声控制的研究也越来越重视。 对排气系统的研究及设计直接关系到发动机的泵气损失及排放， 好的排气系 统设计将减少环境污染，甚至起到辅助制动作用，它的设计质量直接关系到汽车 的动力性、舒适性和安 全性能，对排气系统的振动研究可以合理设计出悬挂点 位置的布置，从而可以有效的减小了排气系统将振动传递到车身，排气系统振动 太原理工大学本科毕业设计 5 分析一直也是整车 NVH 分析的重要组成部分（随着人民生活水平的提高，汽车 的 NVH 性能也受到越来越多的关注）。汽车在使用过程中，排气系统的振动问 题有：排气管件的振动疲劳破坏，管道连接部件破裂导致排气泄露，排气系统振 动噪声辐射，排气系统悬挂振动脱落等。所以，研究发动机排气及振动系统，不 仅解决了排气系统存在的实际问题，而且对提升了整车 NVH 性能具有重要的理 论价值和现实意义。 1.7 本章小结本章小结 本章主要阐述了排气系统的发展背景，以及国内外的发展状况，根据这些前 提，再阐述了本课题的研究方向以及研究意义。确定了本课题的主要内容包括： 基于 WD615 六缸发动机设计排气系统并进行建模，再由模型进行隔振设计及分 析。 太原理工大学本科毕业设计 6 2. 排气系统及振动的理论分析排气系统及振动的理论分析 发动机排气系统的好坏不但影响发动机的泵气损失及排放， 而且还会引起噪 声和振动。排气系统的振动能量主要通过橡胶吊挂传递到车身底板，从而引起车 身振动并产生噪声。因此排气系统振动分析一直是整车 NVH 分析的重要组成部 分。由于排气系统模型结构的复杂性, 建立准确数值分析模型有一定困难，目前 主要采用简化的数值分析模型来进行排气系统的模态分析， 了解排气系统的振动 特性。本章主要介绍研究涉及的基础理论。 2.1 排气系统的设计要求排气系统的设计要求 排气系统主要是由发动机排气歧管、排气管、消声器、排气管路悬置和排气 辅助制动阀组成（如图 2- 1）10。 图 2- 1 排气系统的组成 1- 排气支管 2- 前排气管 3- 催化反应器 4- 排气温度传感器 5- 副消声器 6- 后排气管 7- 主消声器 8- 排气尾管 2.1.1 排气歧管排气歧管 排气歧管是发动机的一个重要组件，它的设计是一项很专业化的工作。排气 歧管与发动机原始参数（如表 2- 1）匹配，发动机在工作过程中所产生的废气通 过排气歧管进入排气管。它与排气管之间通过挠性法兰或者弹性波纹管联接。 表 2- 1 发动机原始参数 型号 WD615 结构形式 直列、水冷、四冲程、增压中冷、直喷、电 太原理工大学本科毕业设计 7 控共轨 缸径冲程 126130 mmmm 点火顺序 1- 5- 3- 6- 2- 4 排量 9.7L 压缩比 17.5 标定功率/转速 198kw/2200r/min 最大扭矩/转速 1150Nm/1100r/min 最低耗油率 188g/kwh 整车排放 欧 表 2- 1 发动机原始参数（续） 2.1.2 排气管排气管 排气管的主要作用是将发动机工作过程中所产生的废气排出。 排气管不能因 为自身的重量及所产生的惯性、 弯矩和相对运动或者因其受热膨胀产生形变而影 响排气歧管和蜗轮增压器的正常工作， 以致于因为过载产生附加应力， 造成损坏。 所以设计时，在满足其刚度、强度的前提条件下，要尽量使排气管的质量减轻, 其材料可以选择薄壁中碳钢钢板或者不锈钢板。如果当排气管过长的时候，要考 虑增加辅助支撑来固定排气管，减少因排气管过长所产生的弯矩、扭矩对发动机 排气歧管或蜗轮增压器产生影响。但是，从另一个方面来看，这样做又会影响排 气管连接法兰的运动自由度。同时，为了减轻排气管的热膨胀应力，在排气管路 中采用热补偿装置。常用的热补偿装置一般有两种形式：第一种是采用弹性的波 纹管；另一种是挠性联锁式接管。这两种方式各有所长。弹性波纹管的密封性能 比较好，但是它的热偿性能较差，使用寿命不如挠性联锁式接管，同时它的价格 也比较贵。相比之下，挠性联锁式接管的热补偿性能和使用寿命都好于弹性波纹 管，但它的密封性能不大好。在设计时，要根据具体的要求来选择。 除排气管应力之外，排气管背压也是设计过程中应该考虑的一个重要因素。 排气背压的产生也将直接影响发动机的工况。当背压到达一定的程度以后，哪怕 是有一点细微的增减，也会对发动机的输出功率产生很大的影响。在设计时，要 将排气背压控制在汽车发动机所允许的范围内，以避免对发动机工况造成影响， 可以从以下几个方面采取措施11： (1)不要使排气管过长，并尽量使消声器布置在发动机排气歧管出口一侧。 (2) 排气管采用薄壁管，管径尽量大一些，为了不增加排气管的重量，通常采 用薄壁中碳钢卷管或者是不锈钢卷管。这些材质既可有效地减轻排气管重量，又 具有很好的防腐蚀性。 (3) 尽量减少排气管的弯折，尽量避免 90的折弯，在过渡折弯时，可以设计成 大圆弧过渡，以减少排气阻力。 (4) 要合理地选择消声器。 太原理工大学本科毕业设计 8 2.1.3 排气歧管排气歧管 排气歧管的作用是吧多缸发动机各缸排出的废气汇集在一起， 并导入排气总 管。为了减少缸内的残余废气，在设计排气歧管时应注意两点11： （1）尽量避免支管急转弯，内表面应光滑平整，以减少排气流动阻力； （2）多缸机应避免各缸排气干涉，减少排气压力波的干涉。 排气歧管在使用中的可靠性比其性能对发动机的影响更为重要， 汽车在行驶 中经常使排气歧管处于冷热交变的工作状态， 设计不当可能造成排气歧管塑性变 形，严重时使排气管口与气缸盖密封不严而漏气，或者歧管开裂。设计中还应该 考虑结构的合理性，过长的排气歧管可以采取分段的方式，对于大缸径的六缸直 列机型采用没三缸一个歧管更合理。 2.1.4 消声器消声器 排气消声器是一种既能让气流通过，又能消除或减小排气噪声的有效装置。 它是控制气流噪声的一种主要方式。 一个好的消声器在其工作气流的温度和压力 环境下，在需要的频率范围内应有较大的消声效果和较小的阻力损失，消声损失 要大，功率损失要小。同时，消声器的体积要小，结构要简单合理、坚固耐用。 通常情况下选择圆柱形的消声器，这种消声器能很好地抑制气流振动，从而减少 气流通过平面所产生的噪声，有很好的降噪效果。也可以选择双壁消声器，它的 消声效果更好，只是价格方面比较贵一些，在高档客车的设计配置上可以考虑选 用。 消声器的型号和规格可以根据所匹配的发动机来确定。 所要匹配的发动机参 数表中一般给出了发动机适用的排气管直径。 这个直径数据通常可以作为选择消 声器的口径参数。消声器的材质应该具备有较强的防腐蚀性能。因此，在设计的 过程中，应该优先考虑中碳钢和不锈钢材料。同时，还要看消声器所需要的空间 大小，以及允许的背压数值，还有有效性、经济性、美观性、环保性和使用寿命 等各方面的因素。 2.1.5 排气尾管排气尾管 排气尾管的设计必须合理，必须保证汽车排出的尾气不至于吹到汽车车身 上，也不能使排出的废气被吸进空气滤清器，影响发动机的工况。排气尾管设计 的合量性和美观性将影响汽车整体的设计质量和外观性。在设计排气尾管的时 候，为了有效地控制排出废气的排出方向，可以将尾管排气口设计成“鸭嘴”形或 者是朝下 45开斜口。 2.1.6 排气管道的悬置安装排气管道的悬置安装 排气管道的悬置包括排气管的悬置安装和消声器的悬置安装两部分。 其主要 作用是支承排气系统的重量，并且能有效地把其重量合理地传递到车架上。这部 太原理工大学本科毕业设计 9 分的设计要注意以下几个方面12： (1) 消声器的悬置安装必须保证能承受车辆和发动机工作时所产生的振动 负荷和高温高热负荷而不致于变形损坏。 消声器的悬置支撑夹箍的安装位置必须 保证其在工作时受热膨胀方向有一定的补偿空间， 以避免因其工作时受热膨胀而 损坏。 (2) 在悬置支承的设计上，要保证支承架有足够的强度和刚度，支承排气 管和消声器的重量，以及承受汽车在运动过程中所产生的剧烈振动。 (3) 要考虑到支承的减振性，通过支承的吸振，减少传递到排气管和消声 器上的振动，并且在排气管的热变形方面有一定的自由度。 2.2 排气系统振动概述排气系统振动概述 排气系统的激励源主要有五个（如图 2- 2） 12 ：发动机的机械振动、路面的 随机激励、 发动机的气流冲击、 声波激励和车体振动。 第一， 发动机的机械振动， 排气系统直接和发动机相连， 因此发动机的振动可以直接传递给排气系统； 第二， 路面谱的随机激励，路面随机激励通过轮胎车体和发动机等传递给排气系统，然 后排气系统逆向传递给车体； 第三， 发动机的气流冲击， 高速气流经过汽缸排出， 直接激励排气多支管，从而引起排气系统振动；第四，声波振动，声波在管道内 运动时，会对管道和消声器等产生冲击，因而引起振动 ；五，车体的振动，这 个振动传递方向与前面传递相反，车体振动也会通过吊耳传递到排气系统，然后 逆向传递到发动机，从而加大发动机的振动。 图 2- 2 排气系统振动激励源 在排气系统振动激励源中，影响最大的是发动机激励和路面激励。路面 激励对整车的乘坐舒适性有较大影响， 并且它的激励频率在人体反应的敏感区域 内， 是排气系统振动控制研究中的一个重要内容。本排气系统设计的一个重要设 计目标也是要避开发动机的激励。解决排气系统振动问题，使其达到隔振效果主 要有以下几种途径7： ( 1) 改变激励源的激励特性，但涉及到发动机的修改，对于发动机参数变化 总会带来发动机经济性、动力性等性能的改变。 ( 2) 改变排气系统结构设计, 排气系统的厚度、管道的长度和直径等。厚度 的增加可以提高排气系统的固有频率，避免和发动机的共振，但会引起成本的提 高；管道参数的改变将会引起排气背压及压力波效应的改变。 太原理工大学本科毕业设计 10 ( 3) 改变排气系统和排气歧管的连接方式以及排气系统吊挂的位置。 连接方 式主要是通过波纹管的连接，可以隔离和减弱发动机振动对排气系统的振动传 递，同样波纹管的使用会使成本提高；更改吊挂的位置和橡胶吊挂的刚度，可以 改变排气系统的固有频率。 2.3 UG 简介简介 UG NX14是一款集 CAD/CAM/CAE 于一体的 3D 参数化软件，是当今世界 最先进的计算机辅助设计、分析和制造软件。它涵盖了产品设计、工程和制造中 的全套开发流程，为客户提供了全面的产品全生命周期解决方案，是当今最先进 的产品全生命周期管理软件之一。该软件不仅是一套集成的 CAX 程序，而且已 远远超越了个人和部门生产力的范畴，完全能够改善整体流程，以及该流程中每 个步骤的效率，因而广泛地应用于航空、航天、汽车、通用机械和造船等工业领 域。 UG NX 软件系统提供了一个基于工程的产品设计环境，使产品的开发从设 计到加工真正实现了数据的无缝集成，从而优化了企业的产品设计及制造。其主 要技术特点是智能化的操作环境、建模的灵活性、集成的工程设计功能、开发的 产品设计功能。现代的 UG 充分利用 PLM 精确描述技术框架的优势，改进了整 个产品开发流程中的决策过程，为工程师们提供了理想的工作环境，不仅帮助其 成功地完成任务，以直观的方式提供信息，而且能够验证决策以全面提升产品开 发效率、仿真分析效率、加工制造效率。 2.4 有限元分析简介有限元分析简介 汽车在运转时，排气系统在多种振动激励下工作，在排气系统的整个生命周 期内， 它都工作在十分恶劣的条件下，承受着高强度的机械载荷和较高的温度载 荷， 排气系统长期处于超负荷的振动状态下，不仅会降低排气系统各组件的疲劳 寿命， 还会带来组件的损坏并影响排气系统的正常使用，因此对排气系统的结构 和性能进行准确的评估分析十分的重要。 传统的设计和连续的解析计算方法难以 发挥有效的作用，采用离散技术和数值模拟的方法对排气系统求解比较有效。 有限元法是求解数理方程的一种数值计算方法， 是解决工程实际问题的一种 有力的数据计算工具。 有限元方法的基本思想是将连续的求解区域离散为一组有 限个、 且按一定方式相互连接在一起的单元的组合体，利用在每一个单元内假设 的近似函数来分片地表示全求解区域待求的未知场函数， 从而使一个连续的无限 自由度问题变成离散的有限自由度问题。随着单元数目的增加，即单元尺寸的缩 小，解的近似程度不断改进，最后将收敛于精确解。按所取基本未知量的不同有 限元方法分为位移控制法和荷载控制法。位移控制法选取节点位移为基本未知 量， 荷载控制法选取节点力为基本未知量。位移控制法因为容易实现电算求解而 应用广泛。国际上通用的有限元软件有 ABAQUS、ADINA、ANSYS、M