復(fù)合式消聲器聲學(xué)特性的分析方法和實驗研究.pdf

1、發(fā)動機的進(jìn)排氣噪聲是車輛的主要噪聲源之一，對進(jìn)排氣噪聲的有效控制對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)動機技術(shù)的不斷發(fā)展，發(fā)動機進(jìn)排氣噪聲在不同工況下覆蓋從低頻到高頻的整個頻段，并且受到空間和重量等因素的限制，單一類型的簡單消聲器已經(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、開發(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、對象，針對復(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)連接成多個腔體的復(fù)雜消聲結(jié)構(gòu)，復(fù)合式消聲器的設(shè)計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)，采用理論計算、數(shù)值仿真和實驗測試相結(jié)合的研究方法，對基本消聲結(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)計步驟，為復(fù)合式消聲器的設(shè)計和

3、開發(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張式消聲器為對象，利用傳遞矩陣法、一維平面波理論和二維解析法對消聲器的聲學(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，通過實體建模、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算方法，建立消聲器數(shù)值仿真的計算流程。利用三維解析法和

4、有限元法計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算過程。對消聲器及穿孔管/板的結(jié)構(gòu)

5、參數(shù)(消聲器長度、穿孔管的厚度、孔徑和穿孔率)和吸聲材料對阻性消聲器聲學(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流阻性消聲器的聲學(xué)特性，通過對三種阻性消聲器的對比分析，總結(jié)出三種阻性消聲器的特點及適用場合。
　　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)測了共振消聲器的消聲性能，討論各種方法對共振消聲器共振頻率預(yù)測結(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)測精度。討論了連接管內(nèi)

6、插長度的變化對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共振消聲器傳遞損失和共振頻率的影響。針對共振消聲器消聲頻帶窄、消聲頻率單一的缺點，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)計和搭建了消聲器傳遞損失和插入損失實驗臺架，研究消聲器的實驗測量方法。應(yīng)

7、用兩負(fù)載法在阻抗管上測量和計算了消聲器的傳遞損失，驗證了本文所采用的分析方法預(yù)測消聲器聲學(xué)性能的有效性和準(zhǔn)確性。在發(fā)動機臺架上對三種復(fù)合式消聲器的傳遞損失和壓力損失進(jìn)行測試，通過對實驗結(jié)果的分析對比，對復(fù)合式消聲器的綜合性能做出評價，為消聲器的改進(jìn)設(shè)計提供參考。
　　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