復(fù)合式消聲器聲學(xué)特性的分析方法和實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)排氣噪聲是車輛的主要噪聲源之一，對(duì)進(jìn)排氣噪聲的有效控制對(duì)于改善整車噪聲控制水平具有重要的影響。消聲器是降低進(jìn)排氣噪聲的主要裝置之一，隨著發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展，發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)排氣噪聲在不同工況下覆蓋從低頻到高頻的整個(gè)頻段，并且受到空間和重量等因素的限制，單一類型的簡(jiǎn)單消聲器已經(jīng)不能使車輛進(jìn)排氣噪聲控制在合理的水平。高性能復(fù)合式消聲器的設(shè)計(jì)、開(kāi)發(fā)和應(yīng)用已經(jīng)成為提高進(jìn)排氣噪聲控制水平和改善整車NVH性能的主要方向。本文以復(fù)合式消聲器為研究

2、對(duì)象，針對(duì)復(fù)合式消聲器聲學(xué)特性的分析方法進(jìn)行了系統(tǒng)的研究。
　　復(fù)合式消聲器通常由管道將不同類型的基本消聲結(jié)構(gòu)連接成多個(gè)腔體的復(fù)雜消聲結(jié)構(gòu)，復(fù)合式消聲器的設(shè)計(jì)首先需要確定基本消聲結(jié)構(gòu)的聲學(xué)特性。本文從基本消聲結(jié)構(gòu)出發(fā)，采用理論計(jì)算、數(shù)值仿真和實(shí)驗(yàn)測(cè)試相結(jié)合的研究方法，對(duì)基本消聲結(jié)構(gòu)的聲學(xué)特性及分析方法進(jìn)行詳盡的研究。在此基礎(chǔ)上，對(duì)不同類型復(fù)合式消聲器的聲學(xué)特性進(jìn)行分析，總結(jié)復(fù)合式消聲器聲學(xué)性能分析和設(shè)計(jì)步驟，為復(fù)合式消聲器的設(shè)計(jì)和

3、開(kāi)發(fā)提供參考。本文的研究工作包括以下內(nèi)容。
　　基于聲學(xué)理論，研究抗性消聲器聲學(xué)性能的分析方法，以抗性消聲器常用的擴(kuò)張式消聲器為對(duì)象，利用傳遞矩陣法、一維平面波理論和二維解析法對(duì)消聲器的聲學(xué)特性進(jìn)行分析，并與三維有限元分析結(jié)果相比較，總結(jié)了分析方法的計(jì)算精度。闡述了三維有限元法的基本理論，以某客車排氣消聲器為例，通過(guò)實(shí)體建模、網(wǎng)格劃分、材料屬性和邊界條件的設(shè)定和選擇傳遞損失的計(jì)算方法，建立消聲器數(shù)值仿真的計(jì)算流程。利用三維解析法和

4、有限元法計(jì)算多入口多出口消聲器的聲學(xué)性能，分析進(jìn)出口管道相對(duì)角度、偏置距離、進(jìn)出口管道數(shù)量及穿孔管等消聲器結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)消聲器聲學(xué)性能的影響，總結(jié)消聲器的改進(jìn)措施，改善了多入口多出口消聲器的消聲性能。
　　以多穿孔管/板阻性消聲器為研究對(duì)象，討論了阻性消聲器的分析方法。將吸聲材料看做具有復(fù)聲速和復(fù)密度的流體，推導(dǎo)了包含吸聲材料聲學(xué)參數(shù)和穿孔管/板聲阻抗的阻性消聲器聲傳播模型，闡述阻性消聲器傳遞損失的計(jì)算過(guò)程。對(duì)消聲器及穿孔管/板的結(jié)構(gòu)

5、參數(shù)(消聲器長(zhǎng)度、穿孔管的厚度、孔徑和穿孔率)和吸聲材料對(duì)阻性消聲器聲學(xué)性能的影響進(jìn)行系統(tǒng)的研究。進(jìn)一步分析了橫流阻性消聲器和通過(guò)流阻性消聲器的聲學(xué)特性，通過(guò)對(duì)三種阻性消聲器的對(duì)比分析，總結(jié)出三種阻性消聲器的特點(diǎn)及適用場(chǎng)合。
　　基于集中參數(shù)法、一維解析法和二維解析法及有限元法預(yù)測(cè)了共振消聲器的消聲性能，討論各種方法對(duì)共振消聲器共振頻率預(yù)測(cè)結(jié)果的精度。采用兩種連接管末端修正公式提高了集中參數(shù)法和一維解析法的預(yù)測(cè)精度。討論了連接管內(nèi)

6、插長(zhǎng)度的變化對(duì)共振消聲器傳遞損失和共振頻率的影響。研究共振腔內(nèi)部填充吸聲材料的聲學(xué)特性的變化，分析了吸聲材料的填充方式與吸聲材料的屬性對(duì)共振消聲器傳遞損失和共振頻率的影響。針對(duì)共振消聲器消聲頻帶窄、消聲頻率單一的缺點(diǎn)，提出了串聯(lián)式和并聯(lián)式多腔共振消聲器的概念，探討共振腔結(jié)構(gòu)參數(shù)的變化和不同腔體之間的耦合作用對(duì)多腔共振消聲器傳遞損失和共振頻率的影響規(guī)律。
　　設(shè)計(jì)和搭建了消聲器傳遞損失和插入損失實(shí)驗(yàn)臺(tái)架，研究消聲器的實(shí)驗(yàn)測(cè)量方法。應(yīng)

7、用兩負(fù)載法在阻抗管上測(cè)量和計(jì)算了消聲器的傳遞損失，驗(yàn)證了本文所采用的分析方法預(yù)測(cè)消聲器聲學(xué)性能的有效性和準(zhǔn)確性。在發(fā)動(dòng)機(jī)臺(tái)架上對(duì)三種復(fù)合式消聲器的傳遞損失和壓力損失進(jìn)行測(cè)試，通過(guò)對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分析對(duì)比，對(duì)復(fù)合式消聲器的綜合性能做出評(píng)價(jià)，為消聲器的改進(jìn)設(shè)計(jì)提供參考。
　　探討不同復(fù)合式消聲器結(jié)構(gòu)和組合方式對(duì)聲學(xué)性能的影響，提出了消聲器內(nèi)部設(shè)置不同穿孔管/板參數(shù)或吸聲材料的復(fù)合式結(jié)構(gòu)，分析了混合阻抗式消聲器的聲學(xué)特性。提出了可調(diào)諧式多腔