摩托車消聲器傳遞損失的仿真模擬計(jì)算

1、摩托車消聲器傳遞損失的仿真模擬計(jì)算發(fā)表時(shí)間：2009-4-25 趙晶 牛文博 劉玉超 王韜 來(lái)源：LMS關(guān)鍵字：CAE LMS 消聲器 傳遞損失 有限元 信息化應(yīng)用調(diào)查我要找茬在線投稿加入收藏發(fā)表評(píng)論好文推薦打印文本使用聲學(xué)軟件的有限元方法計(jì)算摩托車消聲器的傳遞損失，根據(jù)傳遞損失曲線可以得知消聲器消聲效果較差的頻率范圍，有針對(duì)性地進(jìn)行結(jié)構(gòu)改進(jìn)。對(duì)改進(jìn)以后的消聲器重新進(jìn)行傳遞損失的計(jì)算，可以避免試制消聲器的麻煩而通過(guò)模擬分析來(lái)查看改進(jìn)效果，節(jié)省開(kāi)發(fā)時(shí)間和成本。     燃油摩托車的排氣廢氣與噪聲是摩托車給環(huán)境帶來(lái)威脅的兩個(gè)根源，本文通過(guò)模擬仿真從噪聲的角度來(lái)研究摩托

2、車消聲器，計(jì)算消聲器的傳遞損失，尋找消聲效果差的頻率范圍作為消聲器優(yōu)化改進(jìn)的重點(diǎn)，也可以為新設(shè)計(jì)的消聲器的消聲性能進(jìn)行預(yù)測(cè)。 1 有限元方法     有限元法適合封閉區(qū)域，求解區(qū)域內(nèi)部的噪聲，可以預(yù)測(cè)其共振頻率和聲-振模態(tài)，能夠計(jì)算特定時(shí)域或頻域已知激勵(lì)產(chǎn)生的聲-振響應(yīng)，還可以考慮流體流動(dòng)作用對(duì)模型計(jì)算結(jié)果的響應(yīng)。本文選擇有限元方法計(jì)算消聲器的傳遞損失。     同時(shí)還可以使用邊界元方法計(jì)算消聲器的傳遞損失。邊界元建模主要是模擬仿真消聲器內(nèi)部介質(zhì)的邊界，然后根據(jù)計(jì)算所得的邊界結(jié)果得到內(nèi)部關(guān)注位置的結(jié)果，計(jì)算過(guò)程要求單元法向指向有流體側(cè)

3、，需要再次計(jì)算；有限元建模主要是模擬仿真消聲器內(nèi)部介質(zhì)的實(shí)體，直接計(jì)算各個(gè)單元和節(jié)點(diǎn)的結(jié)果，計(jì)算過(guò)程要求單元法向相同，無(wú)需再次計(jì)算。邊界元與有限元相比，計(jì)算時(shí)間短，但后處理復(fù)雜。     有限元模型基本假設(shè)：     (1)消聲器中的媒質(zhì)為理想流體；     (2)媒質(zhì)中傳播的是小振幅聲波，符合線性傳遞關(guān)系；     (3)聲傳播是絕熱過(guò)程；     (4)媒質(zhì)的靜態(tài)壓強(qiáng)和靜態(tài)密度都是常數(shù)；     (5)消聲器為剛

4、性管壁組成，聲波不會(huì)透過(guò)管壁向外輻射。 2 傳遞損失     對(duì)于進(jìn)出口不等截面積的傳遞損失公式為    這里Pi為入口處聲壓；Po為出口處聲壓；Si為入口截面積；So為出口截面積；為介質(zhì)密度；c為聲波在介質(zhì)里面的傳播速度；vi為入口處粒子振動(dòng)速度。3. 建立模型、計(jì)算、查看結(jié)果 3.1 建立模型     只需要建立消聲器內(nèi)部介質(zhì)的仿真模擬，對(duì)于因?yàn)橄暺鞯膬?nèi)部結(jié)構(gòu)造成的介質(zhì)不連通可以使用兩邊介質(zhì)網(wǎng)格不共節(jié)點(diǎn)的方法，為保證計(jì)算精度，對(duì)于線性模型劃分的最大單元的邊長(zhǎng)應(yīng)小于計(jì)算頻率最短波長(zhǎng)的1/6。 3.2

5、計(jì)算     由于傳遞損失是消聲器的固有屬性所以可以通過(guò)在消聲器入口添加單位振動(dòng)速度來(lái)計(jì)算出口處的響應(yīng)從而得到傳遞損失。整個(gè)消聲器為剛性壁管組成所以聲波不會(huì)由管壁透出，只會(huì)在管壁位置發(fā)生完全反射，只有出口位置會(huì)使聲波透出，為代表出口與外界大氣相通可以將出口位置的阻抗設(shè)為與大氣阻抗相同。某消聲器由三個(gè)擴(kuò)張腔組成，總長(zhǎng)度為520mm，整體半徑為45mm，入口截面半徑為16mm，出口截面半徑為10mm。具體結(jié)構(gòu)如圖:圖1 原消聲器結(jié)構(gòu) 3.3 查看結(jié)果     使用Virtual Lab軟件計(jì)算進(jìn)出口聲壓，然后利用傳遞損失的計(jì)算公式，可以得

6、到傳遞損失曲線。此消聲器的計(jì)算結(jié)果為：圖2 消聲器整體的傳遞損失曲線     這個(gè)消聲器的低頻和高頻部分消聲效果較差，對(duì)每個(gè)消聲擴(kuò)張腔單獨(dú)分析得到。圖3 第一腔消聲傳遞損失曲線 圖4 第二腔消聲傳遞損失曲線 圖5 第三腔消聲傳遞損失曲線 4 消聲器的改進(jìn)     根據(jù)各腔的傳遞損失曲線可以看出，第一腔具有消聲效果較差的頻率范圍，第二腔的消聲量相對(duì)較小，所以改進(jìn)重點(diǎn)主要為這兩個(gè)腔的結(jié)構(gòu)和尺寸。對(duì)于由入口管、腔體、出口管組成的簡(jiǎn)單擴(kuò)張腔，影響擴(kuò)張腔消聲量的結(jié)構(gòu)尺寸主要為尾端管的截面半徑、擴(kuò)張腔長(zhǎng)度、尾端管的長(zhǎng)度（伸入擴(kuò)張腔部分與伸出擴(kuò)張腔

7、部分長(zhǎng)度之和），首端管的截面半徑、首端管的長(zhǎng)度（伸入擴(kuò)張腔部分與伸出擴(kuò)張腔部分長(zhǎng)度之和）、首端管的深入腔體長(zhǎng)度、尾端管的伸入腔體長(zhǎng)度對(duì)消聲量的影響較小。     根據(jù)各腔的傳遞損失曲線尋找結(jié)構(gòu)尺寸的改變方法，漸變的微量縮小每個(gè)擴(kuò)張腔尾端管的半徑尺寸，適當(dāng)增大第二腔的腔體長(zhǎng)度，各腔的首端管和尾端管的長(zhǎng)度不變，首端管與尾端管插入和伸出腔體的長(zhǎng)度不變。改變后的消聲器與改變前的消聲器相比不會(huì)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的功率、轉(zhuǎn)矩、油耗造成影響。改變前后消聲器的傳遞損失變化如圖所示 圖6 改變前后的消聲器傳遞損失變化量     改變以后比改變以前的傳遞損失平均增大2.9分貝，結(jié)構(gòu)尺寸的改變主要改善低頻部分的消聲性能（本消聲器低頻部分傳遞損失平均增加5.9分貝），而對(duì)高頻部分的消聲效果改善不明顯（本消聲器高頻部分傳遞損失平均增加1.1分貝），對(duì)于高頻消聲效果的改進(jìn)還需添加吸聲材料、穿孔管等建立更加復(fù)雜的消聲器結(jié)構(gòu)。     因?yàn)榉抡婺M為降低計(jì)算的復(fù)雜程度沒(méi)有考慮消聲器內(nèi)部氣流的流速作用，但是考察的結(jié)果是改進(jìn)前后消聲器傳遞損失的變化，是消聲器本身結(jié)構(gòu)的特性，所以忽