基于DOE的挖掘机排气消声器结构优化设计

以某型挖掘机的排气消声器为例,通过现场测试及仿真分析,找出了消声量较小的频率段。运用DOE方法,对各消声单元主要尺寸进行参数化建模,安排优化拉丁方试验,分析各消声结构对其消声性能的贡献量。通过多目标优化计算得到最优化的消声器结构参数。优化后消声器的模拟计算结果表明,改进后的消声器在目标频率段的消声量明显提高。     

柔性壁扩张式消声器的消声性能分析及优化

在车用进气管路中，针对传统刚性壁消声器消声效果的局限性，以柔性壁扩张式消声器为研究对象，建立了其声固耦合解析模型并进行了验证，对比分析了刚性壁消声器与柔性壁消声器的消声性能。以提高消声器的传递损失峰值与均值为目标，以柔性壁弹性模量、壁厚及消声器扩张比为优化变量，采用遗传算法对柔性壁消声器进行了优化。最后，对所设计消声器的耐负压性能进行了分析。结果表明：所建立的模型具有较高的精度；相比于刚性壁消声器，柔性壁消声器具有更高的传递损失峰值和更低的峰值频率；所采用优化方案具有有效性；所设计消声器在进气管路中有良好的适用性。     

扩张式消声器消声特性理论研究和实验分析

对某工业消声器进行了理论研究和实验分析,通过分析试验得到这类消声器的消声特性,指出在实际中,此类消声器声波不是严格按照一维平面波形式传播。对此消声器进行了改进,提高了其消声性能,解决了此消声器消声效果差和消声频带上的缺陷,探索出了一种有效的消声器设计方法。     

内部结构对充水膨胀腔消声器声学性能的影响

结构声耦合效应对充水消声器的声学性能具有重要的影响,利用频域有限元法,结合二维轴对称结构声耦合数值模型分析消声器内部声场,研究消声器内部插入管和环形挡板对膨胀腔水消声器声学特性的影响。数值研究表明：结构声耦合效应会使传递损失的通过频率和峰值频率向低频移动,并压缩消声频段;插入管的结构声耦合效应导致传递损失曲线出现明显峰值,这与插入管的固有模态有关,增加插入管长度时,其一阶固有频率降低,峰值消声频率向低频移动,这有利于低频噪声的衰减;对比双级膨胀腔消声器,挡板会提高低频消声量,挡板厚度会对低频消声量产生明显的影响,但挡板的位置对低频消声量影响不大。     

亥姆霍兹消声器自适应控制方法研究

为弥补传统亥姆霍兹消声器消声频带较窄,无法适应噪声频率多变的实际环境的缺点,提出了一种具有自适应调节功能的亥姆霍兹消声器。采用步进电机与曲柄连杆驱动亥姆霍兹消声器腔体的背板移动,从而改变消声频率;利用MATLAB软件进行了数值分析,获得了最优结构;基于LabVIEW软件进行自主降噪控制编程。实验结果表明,当噪声频率从385 Hz变化到860 Hz时,所设计的消声器可以实时调节腔体体积,实现有效消声,且降噪量最高可达24 dB。与传统消声器相比,自适应亥姆霍兹消声器不仅实现了有效消声,而且实现了自适应频率可调,消声能力得到了显著改善。     

空调抗性消声器解析模型建立与关键参数修正

为提高空调抗性消声器解析设计选型的准确性,分别建立扩张室消声器、插入管消声器及连体消声器的解析模型,通过解析模型研究消声器结构参数对消声性能的影响,并利用声学分析软件对关键结构参数进行修正,确定修正方法。修正后消声频响曲线与仿真计算基本重合,修正后的消声频率误差控制在±2%以内,表明修正后的解析模型具有较高的准确度。     

亥姆霍兹共振消声器的优化设计

亥姆霍兹消声器能够有效地抑制特定频率的低频噪声。设计了一种亥姆霍兹消声器,可以对频率在145 Hz处的噪声进行降噪处理。但是所设计的消声器的消声带宽较窄,因此需要在保证消声器共振频率不发生改变的情况下,将亥姆霍兹消声器的消声频带增大。使用遗传算法对亥姆霍兹消声器的结构参数进行优化,将优化后的结构进行仿真模拟。仿真结果表明消声器的消声带宽从32 Hz拓宽到了86 Hz。之后进行了实验验证,实验结果显示消声带宽从55 Hz增大到105 Hz,消声频带扩宽了91%,证明了优化结果的可行性,并且实现了宽频带的消声,为消声器的设计优化提供了参考。     

抗性消声器声学性能分析与结构优化

针对某抗性消声器消声量不足的问题,采用Virtual. Lab声学有限元AML自动匹配边界条件方法进行声学分析,得到消声器传递损失频域分布。利用数值分析方法模拟计算消声器内部流场,分析消声器消声效果和2次噪声产生原因。在控制一定压力损失的前提下,优化消声器内部结构,达到提高消声器消声性能的优化目标,为消声器声学性能和空气动力学性能研究提供一种可行的数值分析方法。     

压缩机吸气消声器的声学和阻力特性研究

吸气消声器主要用于减弱制冷剂吸入压缩部分时产生的进气噪声。针对目前用于往复式压缩机吸气消声器消声频带窄、中高频消声效果不佳的特点,设计出一种多腔室组合的消声器,可综合考虑消声器的声学性能和流体性能。在Pro/E中建模完成后,将模型导入ANSYS ICEM CFD中划分网格,在声学仿真软件中分别对最初的和新设计后的消声器进行声学仿真。比较两种消声器的传递损失,数值仿真结果显示,新设计的消声器低频消声效果有所降低,中高频消声效果良好,整体消声量提高。最后在Fluent中对消声器的流体性能进行仿真,以压力损失作为衡量流体性能的标准,得出在设计消声器时不能为了提高声学性能设计过多腔室的结论。     

多共振消声器串联系统声学特性分析及应用

针对内燃机进气系统需良好的低频消声效果而可用空间有限的问题,研究多个消声器串联后的声学特性。基于共振消声器集中参数模型,推导消声器串联后系统主消声频率公式并验证。结果表明,双共振消声器串联系统有两主消声频率,即小于、大于下端消声器的偏频;增加体积比时较小的接近偏频,较大的远离偏频;长度比等于1、面积比小于等于1时串联系统所需体积小。串联系统消声器结构参数均相同时主消声频率个数与消声器个数相同。基于此,对某商用车进气系统进行降噪设计,使200 Hz以内的传声损失整体提高约5 dB。     

Topology design of reactive mufflers for enhancing their acoustic attenuation performance and flow characteristics simultaneously

When seeking to enhance the acoustic attenuation performance of a reactive muffler, it is necessary to ensure that the flow resistance does not increase significantly. To date, there have been very few attempts to simultaneously optimize the transmission loss and pressure drop of a muffler. In this study, a multiobjective topology optimization problem is formulated to maximize the transmission loss at a target frequency and minimize the pressure drop simultaneously. The objective function in the formulation is given as the sum of weighted transmission loss and weighted pressure drop. The effect of the weighting factors on the optimal topologies of a muffler is investigated. Furthermore, the physical interpretation of partition layouts of optimized mufflers is discussed. The proposed muffler design method involving multiobjective topology optimization is compared with the previous muffler design method that involves single‐objective topology optimization to maximize only the transmission loss. The most important advantage of this study is shown by considering numerical results; the proposed muffler design method is applicable to nonconcentric expansion chamber mufflers, unlike the previous muffler design method. Copyright © 2012 John Wiley & Sons, Ltd.     

进气系统微穿孔管消声器设计与优化

针对某车型进气系统在高转速时的宽频带进气噪声问题,提出了一种多腔微穿孔管消声器结构。根据传递矩阵法,建立了有流条件下多腔微穿孔管消声器传递损失计算模型;针对研究车型进气口噪声的频谱特性,采用多种群遗传算法对多腔微穿孔管消声器的结构参数进行优化设计,通过阻抗管台架和实车测试验证了消声器消声效果。结果表明,优化的多腔微穿孔管消声器能够有效拓宽降噪频带,消声器传递损失预测结果与实验测试结果一致,验证了所提出的传递损失计算模型的准确性及优化算法的有效性;在实车进气系统中采用该微穿孔管消声器后,进气噪声在600~1800 Hz中高宽频段以及200~400 Hz低频段均有明显降低,证实了所提出的多腔微穿孔管消声器的实际宽频消声特性。     

薄膜型声学超材料的管道消声特性研究

针对管道低频流噪声难于有效控制的弊端,设计了一种薄膜型声学超材料及其性能测试装置,根据声波传递理论计算了管道内薄膜在声压作用下的振动特性。利用COMSOL软件的声固耦合模块研究了薄膜的消声特性,并进行了对比试验。结果表明:薄膜在低频范围内有较好的消声性能,薄膜的共振频率即为其消声工作频率;薄膜的振幅越大,传递损失值越高,最高达54 dB;薄膜参数的变化对超材料的消声性能有调节作用,通过改变施加在薄膜上的预应力和薄膜厚度,分别实现了传递损失峰值频率偏移120 Hz与110 Hz;通过改变附着质量块大小,实现了100 Hz及以下超低频消声。相关研究为主动声学超材料以及紧凑型管道消声器的设计提供了依据。     

传递矩阵法的排气消声器声学性能分析

以某型号的汽车排气消声器为对象,研究其声学性能。由传递矩阵法划分消声器的基本消声单元,并分析消声单元的传递矩阵,得到消声器总的传递矩阵,从而建立该消声器的声学模型。应用Matlab软件编程计算得到消声器的传递损失频率特性。应用有限元仿真软件Fluent和Sysnoise对消声器进行仿真计算,得到准确的传递损失频率特性。通过比较两种方法得到的结果,验证基于传递矩阵法建立的声学模型的准确性,为消声器的优化和改进提供依据。     

40 t锅炉低频消声器的设计

40 t燃气锅炉的低频噪声在频率63 Hz及12 5Hz尤为突出,是影响环境噪声达标的关键成分。通过对吸声材料声学特性的调研,根据相关纤维材料在上述低频段的声学基本常数[γ]和Z c;分析不同流阻率的多孔材料层背衬刚壁时,相关低频吸声系数的变化。同时按燃气锅炉排烟消声器的流阻要求,进而对阻性消声器的构造开展综合研究,设计一种内置整流体的圆筒状消声器。声学测量表明：5 m长、φ 2.4 m外径、通道直径φ 1.6 m内置整流体0.6 m的圆筒状排烟消声器,在31.5到250 Hz低频段有10～16 dB的降噪量,解决锅炉运转时低频噪声超标问题,使当地环境噪声达标。     

阻性片式折角消声器分析

借用消声弯头的概念及特点,对片式消声器增加折角段,将具有吸收中、高频噪声的阻性片与具有吸收低频噪声消声的膨胀室性质的折角结构共同应用在消声器中。它的片式吸声的间距、片数、片厚、片式吸声体的规格系根据消声器的截面积、流经风量、风速确定的。片式吸声体结构的大小、长度及与折角结构的组合可根据工程现场的条件灵活调整,片式吸声体与折角结构组合的个数及顺序均可形成不同的组合。     

汽车排气系统噪声数值仿真分析与结构优化

针对某型车排气尾管噪声过高问题,利用三维有限元方法对排气消声器声学性能进行分析;再应用计算流体动力学方法对消声器内部流场进行模拟计算,分析产生气流再生噪声的原因。根据分析结果对排气消声器结构进行优化。使用优化后的排气消声器进行整车排气尾管噪声测试,结果表明尾管噪声明显降低,达到设计目标值。     

一种进气消声器设计及其在拖拉机中的应用

某型号拖拉机的发动机进气系统噪声过大,严重影响驾驶员身心健康,需对其进行降噪设计。首先,基于试验测试,分析进气噪声特征。其次,基于直通穿孔管消声理论,将直通穿孔管结构看做一种共振消声单元,提出并设计一种针对宽频带噪声的多腔共振型消声器结构。同时,采用声学有限元软件Virtual.Lab对该消声器声学性能进行仿真研究。最后,将该消声器加装在实车上进行试验验证。结果表明,数值模拟结果与试验结果能较好吻合,所设计的消声器能明显降低发动机进气噪声,消声量达到15 d B(A),优于国标要求。     

发动机工作过程和消声器特性耦合的建模与设计

在分析B12发动机排气频谱的基础上进行某微型车排气消声器设计。利用GT - Power软件建立排气消声器和发动机的耦合仿真模型,对消声器声学性能和空气动力学性能进行仿真计算,并进行实验验证。改进设计后消声器的插入损失可达到25 dB,尾管噪声控制在95 dB左右,背压在设计要求范围（34 ± 2 kPa）内,顺利完成设计目标。对比模拟和实验结果显示了GT - Power软件具有良好的预测性能。