汽车排气消声器声学特性分析

论文摘要

传统排气系统消声器设计主要根据一维平面波理论,但该理论难以正确模拟三维的波动,计算结果不准确。有限元三维数值方法能对排气系统性能进行准确模拟,并能考虑到多种外界因素的影响,是消声器改进设计的有效方法。本文针对某汽车消声器,采用有限元方法建立了该消声器的声场模型,同时对模型进行了声场分析,根据要求提出了几种结构优化方案,并对每个方案进行了声场分析,找出符合要求的最优方案。论文首先基于传递矩阵法推导了消声器中的简单扩张腔、加插入管扩张腔和共振腔的传递矩阵,建立了消声器传递损失计算的数学模型;其次介绍了一维和三维有限元方法的计算特点,并进行了比较,得出了三维方法更为准确和可行的结论,并了解了每种消声单元的不同特性,为以后的改进提供了依据。其次在UG环境下建立了某型号Ⅰ消声器的三维几何模型,根据声场分析的特点,对模型进行几何清理,网格划分,得到了声场有限元模型,利用SYSNOISE软件分别对某型号Ⅰ消声器前、后消的消声性能和总体消声性能进行分析,并和试验结果进行比较,验证了三维实体模型的准确性。在了解原消声器设计意图的基础上,对某型号Ⅰ消声器前、后消进行了改进。最后,对提出的改进方案进行声场有限元分析,并与某型号Ⅰ消声器前、后消消声性能进行对比,得到最优消声性能的前、后消声器改进方案,计算结果表明最优改进方案基本满足改进要求。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 国内外研究现状
• 1.2 课题的意义
• 1.3 本文的主要研究工作
• 2 噪声基本理论和分析方法
• 2.1 排气噪声的产生机理
• 2.2 声学理论
• 2.2.1 基本概念
• 2.2.2 理想流体媒介中的声波方程
• 2.2.3 一维平面波理论
• 2.3 三维数值方法
• 2.3.1 边界条件
• 2.3.2 有限元方法
• 2.3.3 边界元法及两种三维方法的比较
• 2.4 本章小结
• 3 抗性消声器的数值分析
• 3.1 引言
• 3.2 消声器的分类
• 3.3 消声器的评价指标
• 3.4 抗性消声器的数值分析
• 3.4.1 声学边界条件
• 3.4.2 常用声学结构的传递矩阵
• 3.5 本章小结
• 4 排气消声器声场分析
• 4.1 某型号Ⅱ消声器和某型号Ⅰ消声器试验数据对比
• 4.2 某型号Ⅰ消声器消声性能分析
• 4.2.1 某型号Ⅰ前消声器消声性能分析
• 4.2.2 某型号Ⅰ后消声器消声性能分析
• 5 排气消声器优化设计
• 5.1 某型号Ⅰ前消声器优化分析
• 5.2 某型号Ⅰ后消声器优化分析
• 5.3 本章小结
• 6 结论
• 致谢
• 参考文献
• 附录