汽车消声器声学性能仿真分析和优化.doc

汽车消声器声学性能仿真分析和优化 　　摘要： 基于传递导纳和声学有限元的相关理论，利用LMS Virtual Lab声学软件，仿真计算了消声器的插入损失和传递损失，随后通过在内部隔板上增开小孔的方法对原消声器进行了优化，并分析了不同孔径对消声性能的影响。优化结果表明，在消声器隔板上开孔可以使消声器在低频范围内的消声性能得到显著提高，进而为消声器的研发设计提供了理论基础。 　　Abstract： Based on the transfer admittance and acoustic FEM theory， insertion loss and transmission loss of the vehicle muffler were analyzed with software LMS Virtual Lab. Then by perforating holes on the muffler baffle， the muffler was optimized， and the effect of different apertures on the muffler preference were analyzed. The optimization result show that perforating holes on the muffler baffle can improve the muffler performance at low frequency range significantly， which provided a theoretical basis for the design of the muffler. 　　?P键词： 导纳；插入损失；传递损失； 优化 　　Key words： admittance；insertion loss；transmission loss；optimization 　　中图分类号：TK411+.6 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2018）08-0171-04 0 引言 　　消声器作为汽车排气系统组成部分，作用十分显著，消声器的噪声则是衡量消声器品质的主要指标之一。随着汽车逐渐成为人们生活中的必需品，汽车的数量不断增加，随之而来的是道路拥堵、环境和噪声污染等一系列问题。为了解决这些问题，国家也出台了相应的法规和政策对汽车产品能否进入市场进行了一定的限制。未来汽车的发展也将不断趋于更加节能，更加环保。因此设计一款汽车消声器，使其消声性能能够符合节能减排的主题，具有重要的意义。 　　工程上通常通过计算消声器的传递损失和插入损失来评价一个消声器性能的好坏。国内对于消声器消声性能的分析起步较晚，尤其是对于结构比较复杂的消声器，内部结构对于消声器消声性能有何影响，这些研究比较少。目前计算消声器消声性能的方法主要有传递矩阵法、有限元法和边界元法等，传递矩阵法和边界元法对于内部结构比较复杂的消声器具有一定的局限性，因此本文运用声学有限元的方法，对当前一款消声器的传递损失和插入损失进行了计算，分析了它的消声性能。并通过改变穿孔板小孔直径的方法对消声器的结构进行了改进，有效提高了消声器的消声性能。 1 有限元模型 　　消声器总成主要由三部分组成，分别是1号、2号和3号消声器。其中1号消声器是一个轴对称结构的谐振器，用来减小发动机排气产生的额外噪声；2号和3号消声器是具有偏置内插管结构的抗性消声器，这两个消声器消除了发动机排气时所产生的大部分噪声。消声器的三维模型如图1所示。 　　由于篇幅有限，本文主要对3号消声器进行消声性能的分析和优化。3号消声器的实物图和二维CAD图如图2和图3所示，其中出口管穿孔板处填充有玻纤棉等阻性吸声材料，可以利用它的阻性吸声原理，进一步降噪消声。 　　将3号消声器几何模型导入到Hypermesh进行网格划分，得到如图4所示的有限元模型。 2 确定穿孔板的阻抗 　　为了减少气流的阻力，获得良好的消声效果，在消声器的内插管上衬装了微穿孔板结构。声波通过微穿孔板时，能量得到衰减。但是在进行网格划分和仿真计算时，这些微小孔使得网格划分的工作变得非常困难，在小孔周围的网格质量会比较差。如果处理不当，不仅会增加计算时间，而且还会降低结果的精度。为了节省时间和提高准确性，在消声器穿孔板的内外表面两侧定义传递导纳关系[2][3]，来模拟穿孔板两侧的这些小孔，从而在建模过程中忽略这些小孔。 　　下面介绍建立传递导纳的方法。 　　2.1 传递导纳的理论 　　传递导纳可以模拟两个流体区域之间的声学传递，比如穿孔板或滤网，并建立起两侧流体区域之间振动速度和声压的线性关系，公式如下： 　　式中，vn1和vn2是穿孔板两侧的法向振动速度，p