排气系统吊耳高频动刚度研究

排气系统吊耳是排气系统与车身底盘之间的连接件，用于过滤或消除排气管路受到发动机或路面激励导致的谐振传递个车体，一般多以聚氨酯高分子材料制成，具有弹性好、耐高温等特性。由于排气系统吊耳在400Hz以内的动刚度及其容易出现动态硬化，为了更好的了解此特性，本文试图从模态、试验、吊耳结构等方面找出共性以指导产品设计。

1、吊耳结构

本文取如图1所示两种典型吊耳结构做为研究对象，结构1如左图所示，厚度为25mm+15mm；结构2如右图所示，厚度为25mm。

图1 两种典型吊耳结构图

2、吊耳的动刚度测试

对以上两种结构的典型吊耳进行动刚度测试，得到的结果如图2所示。

图2典型吊耳高频动刚度特性（预载50N,振幅±0.2）

3、吊耳的仿真分析

分别对这图1所示两种吊耳进行自由模态分析，半约束模态分析以及约束模态分析，分析采用ABAQUS软件，其中半约束分析时将吊耳其中一内孔与吊钩tie一半的面积，而全约束则是将吊耳两个内孔分别与吊钩tie一半的面积。

1.1自由模态对比

自由模态分析结果见图3所示：

图3 两种结构吊耳的自由模态分析

从吊耳自由模态可知，两种结构吊耳的振型基本一致，并且频率也较为接近，甚至吊耳结构2在主方向的频率（见第5阶频率410Hz）比吊耳结构1（ 见第4阶频率363Hz）要高。从自由模态确实很难说明造成此两种不同结构的吊耳高频动刚度差异的原因。

1.2 半约束模态分析

从半约束模态分析结果提取前8阶如表1所示。

表1 吊耳半约束模态分析结果

从表中可以得知：在前5阶模态两种不同结构的吊耳其模态振型与模态频率也极为接近；但是从第6阶模态（吊耳结构1为372Hz，吊耳结构2为365Hz）开始，吊耳结构1的模态频率要大于吊耳结构2。

1.3 约束模态分析：

从约束模态分析结果中提取前八阶模态如表2所示。

表2 吊耳约束模态分析结果

从吊耳约束模态可知，吊耳结构1第1阶模态频率为403Hz，而吊耳结构2第1阶模态频率为286Hz；并且2－8阶模态内，都是吊耳结构1的模态频率高于吊耳结构2；尤其应该引起关注的是吊耳结构2第2阶模态频率为310Hz，而吊耳结构2测试的动刚度峰值正是出现在320Hz左右（见图2），与此模态频率极为接近。测试此两吊耳动刚度时在主方向施加了50N的预载，这与吊耳约束模态计算的边界比较接近。因此从吊耳的约束模态计算可以预测吊耳在高频内是否会出现动态硬化。

4、  不同车型吊耳高频动刚度试验对比

以下是两种车型的不同结构吊耳测试数据对比见图4和图5。

图4 车型一 不同结构吊耳动刚度测试结果对比

图5 车型二不同结构吊耳动刚度测试数据对比

从上述两种车型不同结构吊耳高频动刚度试验可知，较厚的吊耳与较薄的吊耳比较更容易出现高频动态硬化，并且动刚度较高。而与吊钩连接的两端厚中间薄的吊耳结构能得到较好的高频动态特性，因此从NVH性能方面考虑应优先选择此种结构。

5、  结论

1）、通过吊耳约束模态计算可预测吊耳高频动刚度峰值是否会在400Hz以内出现；

2）、吊耳的结构对其高频动特性影响极大，尤其是吊耳的厚度。因此在实际产品设计中应优先选取两端厚中间薄的吊耳；

3）、不同的橡胶材料对吊耳的动特性也有较大影响，下一步应根据试验或者计算对其进行研究。