基于ABAQUS某汽车空气滤清器的模态分析及结构优化

汽车空气滤清器是汽车进气系统的重要零件，其在工作过程中由于受到汽车发动机的激励以及汽车行驶过程中所产生的振动会影响空气滤清器的寿命，导致其破坏和疲劳失效。为研究某汽车空气滤清器的振动特性，首先，本文在三维软件SolidWorks中建立了空气滤清器的三维模型。然后，基于有限元方法，将其导入仿真软件ABAQUS中进行约束模态分析，对空气滤清器的固有频率和振型进行了详细分析及讨论。最后，在保证空气滤清器性能参数不变的前提下，对现有的空气滤清器提出3种结构优化方法并进行分析。为进一步解决现有空气滤清器振动问题提供理论基础，为空气滤清器的结构改进方向提供参考。

空气滤清器受到发动机的激励以及高速气流的影响，导致辐射噪声的产生，噪声的产生容易导致空气滤清器发生共振作用导致疲劳破坏，使其报废[1] [2]。关英俊等人[3]在有限元仿真软件中建立了空气滤清器的有限元模型，并对其进行了模态分析和结构优化。刘士军等人[4]针对当前汽车部件中的空气滤清器结构，构建有限元模型并分析，从而获得汽车空气滤清器的刚度数值，并进行了相应分析。张宇等人[5]以某空气滤清器为研究对象，基于有限元方法并结合空气滤清器的实际工况进行振动疲劳分析，并进行了试验验证。栾宝奇等人[6]通过机车空气滤清器整机试验台的研发，改进试验方法和试验装置，并阐述了不同试验方法对试验结果的影响。

综合上述分析，对空气滤清器的振动特性和优化方法有仿真分析法和试验法。本文基于有限元仿真软件Abaqus 对某车型空气滤清器进行振动特性分析， 得到空气滤清器模态分析结果。

考虑到空气滤清器的工作状况，以提高其固有频率为目的，对现有的结构进行优化设计，避免与外部激振作用发生共振， 提高空气滤清器的工作性能和系统的稳定性。

2. 空气滤清器几何模型建立 本文以某汽车的空气滤清器作为分析对象，首先，根据空气滤清器的实物模型在SolidWorks 中创建三维模型，之后导入Abaqus 仿真软件，通过网格划分、添加约束及边界条件后进行振动特性分析。

图1 所示为本文空气滤清器的三维模型，模型主要包括壳体，滤芯，垫圈，端盖几个部分。其材料为PP + TD40 塑料材质，弹性模量为2450 MPa，密度为1220 kg/m3，泊松比为0.41 [3]。

3. 空气滤清器模态分析 3.1. 模态分析概述 模态分析作为一种重要的故障检测和结构分析方法，应用在各大领域，是工程实践设计过程中的重要一环[7]。模态分析可分为自由和约束模态分析两种，实质上，模态是系统的固有属性，只由其材料自身属性和结构决定，与外部激励等其他因素并无关系。