汽车排气系统学习资料_05.ppt

2005－3－19 声学仿真技术 仿真技术作为研究任意动态系统的方法正越来越多的为产品开发的实现作贡献，通过该技术，人们有可能在早期设计阶段预示产品的特性，及早发现问题和错误，在一定的范围内，还能取代实物模型或样机而进行试验，大大减少了成本，缩短了设计周期，提高了产品的质量。 声学仿真是利用有限元（FEM）、边界元(BEM)及统计能量法(SEA)等技术对特定的声场问题进行数值计算,以获得稳态或非稳态的声场分布,并对仿真结果进行专业化分析、处理及显示。 发动机排气噪声作为汽车整车噪声的主要噪声源之一，目前降低其最有效的途径就是安装汽车消声器。随着计算机软硬件技术日趋提高，消声器的诸多声学特性仿真分析已成为必要也成为可能。借助于声学仿真分析软件包,如Sysnoise、Ansys、AutoSEA等,通过对汽车消声器传声特性、结构声辐射特性深入研究,可以进一步加深对复杂结构声传递问题本质的认识,对指导现有产品性能的优化和新产品的开发有着非常重要的意义。 消声器壳体近场声辐射的声压云图 消声器壳体远场声辐射的声压云图 消声器壳体外场声辐射的声压指向性图（r=0.5m） 消声器壳体在不同激励频率下的声辐射声压指向性曲线 一般来说声源的尺寸比它所辐射的声波波长小时，一般为全指向性；声源的尺寸比它所辐射的声波波长大时，则是指向的。因此，对于消声器这种结构复杂的振动声源，其必然存在指向性。 由图可见，壳体的辐射声压随着方位的不同而发生变化，同时辐射声压的大小与激励频率有很大关系；从曲线形状可以看出低频噪声的指向性曲线比较光滑，而高频噪声的指向性中的“瓣”比较密集。 声学分析软件 Sysnoise 在汽车消声器设计中的应用研究 北京绿创汽车排气系统设计所 声学仿真技术在汽车消声器设计中的应用研究 北京绿创环保设备股份有限公司 汽车排气系统设计所 富 喜 内 容 概 要 声学仿真技术简介 汽车消声器常用建模及仿真分析方法 声学分析软件 Sysnoise 在汽车消声器 设计中的应用研究 总结与展望 汽车消声器常用建模及仿真分析方法 边界元建模及仿真分析 统计能量分析法建模与仿真分析 有限元建模及仿真分析 基于以上三种方法的常用大型通用分析软件 三种分析方法的局限性 2005－3－19 汽车消声器常用建模及仿真分析方法 有限元法FEM (Finite Element Method) 是当前结构和声学分析的一个重要手段，它是根据变分原则求解数学物理问题的一种数值计算方法, 适应性强,是分析复杂形状系统动态特性的有力武器，在工程和产品设计中广泛采用。 有限元法一般要求区域是有界的，但材料可以是非均匀的。 有限元建模及仿真分析 国内外对汽车消声器系统的建模和声学仿真分析主要有声传递矩阵法、统计能量分析法、有限元法和边界元法等。目前声传递矩阵法的使用范围仍限于一维平面波传播,无法考虑高次模式波效应,实际的排气消声器一般具有复杂结构，其内部声波本质上是三维的，这时的一维理论便不再适用，而应采用更加精确的二维或三维理论来进行分析。 边界元法BEM (Boundary Element Method)是对边界积分方程离散求解的现代数值分析方法，属近似解法之一。 优点：方程组的阶数低，所需要准备的初始数据少； 既能处理有界区域问题，也能处理无界区域问题。 缺点：通常要求材料是均匀的； 边界元对变系数、非线性等问题不如有限元； 在数值计算方面，由于积分核的奇异性和离散化后得到的代数 方程组的系数矩阵的非稀疏性而带来困难。 目前边界元已扩展到解决带时间变量、非线性等问题，涉及到位势、电磁场、板与壳、断裂力学领域，已形成一独立学科。 边界元建模及仿真分析 汽车消声器常用建模及仿真分析方法 汽车消声器常用建模及仿真分析方法 统计能量分析法 SEA（Statistical Energy Analysis）是一种用于较宽频率范围内的随机噪声的统计方法，它从统计的角度统计分析密集模态平均的振动能量传递水平。 优点:(1) 模态越密集，统计精度就越高，振动响应分析 精度也就越高； (2) 对有规则结构的振动与声学分析较为有效，能 在高频段内有效地分析出结构的振动响应。 缺点：耦合损耗因子和模态密度比较难确定 多年来，这种分析方法已经在建筑结构中的声传输、航空与航天结