阻抗复合消声器声学性能有限元预测方法及分析

为计算和分析具有复杂结构的阻抗复合式消声器的宽频消声性能,建立了一种高效声学有限元方法,给出了不同边界条件下的边界积分处理细节,得到有限元全局系数矩阵表达式,设计出计算程序框架以实现这些算法,其求解规模和计算速度与商业软件相比有优势。为计算阻抗复合式消声器的传递损失,通过阻抗管测量和数据拟合得到了吸声材料声学特性的经验公式。计算和测量了两通穿孔阻抗复合式消声器的传递损失,二者良好的吻合验证了声学有限元方法和计算程序的正确性。研究表明,插管长度影响消声器在中高频段的消声特性,右侧隔板上穿孔会消除共振峰,中高频消声性能随着出口管穿孔率的增加而提升。      

矩形消声管道中存在气流时的声衰减

管道消声器是控制噪声沿管道传播的主要手段,随着消声器的使用日益广泛,人们对消声管道中声衰减规律的研究也越来越深入.消声管道通常用吸声材料层衬贴在管道内壁或装置在中间把管道分割成多格相互并联的通道.对于常用的片式消声器和蜂窝式消声器,通道截面一般为矩形.在早期的研究工作中,管道中的声传播规律大都根据一维近似理论得出,其声衰减系数与壁面的吸声系数相联系,目前在噪声控制中,消声器的设计公式往往仍因袭它的结果.实际上,一维理论有较大的局限性,当壁面吸声系数较高或截面几何尺寸与波长相接近时,它并不适用.     

直通穿孔管消声器声学特性预测的数值模态匹配法

将数值模态匹配法应用于计算横截面为任意形状的直通穿孔管抗性消声器的声学特性。应用二维有限元法计算横截面的本征值和本征向量,应用模态匹配技术求解模态幅值系数,进而得到所需的声学量。对于圆形和椭圆形直通穿孔管消声器的传递损失,数值模态匹配法计算结果与三维有限元计算结果和相应的实验测量结果吻合良好,表明数值模态匹配法能够精确计算直通穿孔管消声器的声学特性。计算结果表明,穿孔管的偏移影响消声器在中高频段的消声特性,同轴结构消声器的消声性能好于非同轴结构。      

插管结构对膨胀腔消声器声学性能的影响

将数值模态匹配法(NMM)拓展应用于计算和分析外插管膨胀腔消声器的声学性能,推导了相应的理论公式并编写了计算程序。使用二维有限元法提取横向波数和本征向量,应用模态匹配法计算消声器的传递损失。使用数值模态匹配法和三维有限元法(FEM)研究了插管长度和进出口位置对带有外插进出口管椭圆形非同轴膨胀腔消声器声学性能的影响,两种方法计算结果吻合良好,从而验证了本文数值模态匹配法的正确性。研究结果表明,设置特定的插管长度和进出口位置可以消除消声器的通过频率,进而改善消声器中低频的消声性能。      

阵列式阻性消声器传递损失计算模型

针对气流通道彼此独立且截面尺寸较小的直管式阻性消声器,Belov基于声波导管理论推导了其消声量计算公式,但该公式不适用于气流通道彼此连通且截面尺寸较大的阵列式阻性消声器。为此,提出了一种阵列式消声器消声量计算方法。将阵列式消声器划分为周期性排列的消声单元,每个消声单元包含1个吸声柱。分别参照扩张式消声器和直管阻性消声器计算消声单元的抗性部分(进出口气流通道截面突变处)和阻性部分消声量的理论值TL₁和TL₂。在此基础上,采用有限元法仿真得到消声器消声量仿真值TL_s,基于阻性部分消声量仿真值和理论值的比值(TL_s-TL₁)/TL₂,拟合确定各倍频带阻性消声量修正函数N_f,即修正后的消声量理论值计算模型为TL′_t=TL₁+TL₂·Nf。作为算例,建立了多孔吸声材料流阻率为11425 Pa·s/m²时适用于不同结构尺寸的阵列式消声器消声量计算模型。实测结果...     

多孔扩散型消声器外壳对其性能影响的研究

多孔扩散型消声器由于其体积小、消声性能高而广泛应用到排气噪声的降低上,其外壳对消声器的消声性能具有重要作用。本文对此类消声器外壳的孔型、孔径和孔距以及外壳同消声材料的配合方面进行了细致的实验研究,特别对外壳与消声材料的配合与其排放噪声以及外部流场之间的关系进行了探讨,得到了一些有用的结论,对消声器性能的提高具有一定指导意义。     

汽车排气消声器的正向设计研究*

本文以实现汽车排气消声器的正向设计为目的,提出消声器的开发思路:首先采用从分析设计目标到确定总体方案,再到具体设计的路线,结合Virtual.Lab Acoustics、GT-Power和Fluent等数值分析软件与发动机台架试验。然后以主消声器的设计为主,副消声器的设计为辅;以声学性能为主,流场及其他性能为辅。再通过对消声频率的分析,逐级设计消声结构并进行组合、验证和改进,并在与企业提供的消声器方案进行对比后初步判断设计方案的可行性。最后通过实验验证了消声器设计方案的综合性能达到设计目标,表明了本文提出的消声器正向开发思路的合理性,在汽车排气消声器的设计开发上具有实用价值。     

均匀流直通穿孔消声器的声学特性分析

将数值模态匹配法(NMM)扩展应用于计算有均匀流存在时直通穿孔管抗性和阻性消声器的声学特性,编写了相应的计算程序。对于圆形同轴穿孔管抗性和阻性消声器,应用数值模态匹配法计算得到的传递损失结果与实验测量结果吻合良好,从而验证了计算方法和计算程序的正确性。进而应用数值模态匹配法研究了运流效应和穿孔阻抗以及穿孔管偏移对穿孔管抗性和阻性消声器传递损失的影响。研究结果表明,马赫数越高,穿孔管抗性消声器在中高频的消声量越高,阻性消声器在整体频段内的消声性能越差;低马赫数时运流效应对穿孔管抗性消声器的影响可以忽略,马赫数较高时运流效应和穿孔阻抗的影响比较明显;对于穿孔管阻性消声器,穿孔阻抗对消声器声学特性的影响比运流效应的影响小,但是与真实值的差别不可忽略;穿孔管偏移对消声器声学特性的影响与频率和消声器结构均相关。      

均匀流直通穿孔消声器的声学特性分析

将数值模态匹配法(NMM)扩展应用于计算有均匀流存在时直通穿孔管抗性和阻性消声器的声学特性,编写了相应的计算程序。对于圆形同轴穿孔管抗性和阻性消声器,应用数值模态匹配法计算得到的传递损失结果与实验测量结果吻合良好,从而验证了计算方法和计算程序的正确性。进而应用数值模态匹配法研究了运流效应和穿孔阻抗以及穿孔管偏移对穿孔管抗性和阻性消声器传递损失的影响。研究结果表明,马赫数越高,穿孔管抗性消声器在中高频的消声量越高,阻性消声器在整体频段内的消声性能越差;低马赫数时运流效应对穿孔管抗性消声器的影响可以忽略,马赫数较高时运流效应和穿孔阻抗的影响比较明显;对于穿孔管阻性消声器,穿孔阻抗对消声器声学特性的影响比运流效应的影响小,但是与真实值的差别不可忽略;穿孔管偏移对消声器声学特性的影响与频率和消声器结构均相关。     

基于扩张室消声器的座便器噪声控制研究

本文以虹吸式座便器为研究对象,将扩张室消声器应用于座便器管道结构设计中,采用CFD (computational Fluid Dynamics)软件对加装不同长度扩张室消声器的座便器模型进行了冲水过程数值模拟。在研究座便器噪声产生机理及扩张室消声器声学性能的基础上,进行座便器冲洗性能试验及噪声测量试验,分别研究了冲水量与冲洗噪声、冲水量与冲洗性能之间的关系。研究表明,安装扩张室消声器,不仅可以提高座便器的冲洗性能,还可以降低冲洗噪声,达到降噪节水的目的。     

平面光学镜低温温度场和热变形分析方法

在综合分析了温度场和热变形理论分析方法的基础上,提出了对空间光学系统中平面光学反射镜进行有限元分析具体方法;介绍了温度场特性经典理论,并对径向温度分布遵循二次规律的表达式作了简单推导;同时介绍了温度变化引起光学表面的Zern ike多项式法和用热力矩分析平面圆形板面形的方法;最后给出了用ANSYS和I-DEAS软件对联合光学元件热变形的计算流程。     

环状气囊水消声器声学性能的预测与分析

水消声器作为一种有效的噪声控制装置被广泛应用于水管路系统,本文分别使用模态匹配法和有限元法对环状气囊水消声器的声学性能进行仿真计算,分析气囊水消声器声学特性的原理,并研究气囊水消声器不同媒介间的特性声阻抗大小关系对消声性能的影响规律。计算结果表明：由于阻抗失配关系,在气囊水消声器中气体对声波的传递起主要反射作用。随着橡胶的特性阻抗增大,橡胶会对从水中传递过来的声波起到一定的阻碍作用。当气体体积被压缩时,气体对声波的反射衰减效果会逐渐减弱,从而使得气囊水消声器的传递损失曲线整体幅值下降,消声性能减弱。     

一种防尘、耐高温消声器的研究

一种新型的消声器能应用在高温,含尘的条件下,消声器设计采用了四分之一波长吸声,其内部消声构造与防尘,耐高温有机结合起来,实现了防尘和消声的较佳效果。     

运动型汽车排气系统消声器的研究

为了获得运动型排气噪声,本文研究了汽车排气系统消声器结构对运动声学品质的影响。通过改变消声器的内部结构,建立与之对应的GT-Power模型,利用一维流体动力学原理对排气系统的声学性能进行模拟和仿真,并运用声学测试平台测试节气门全开加速时的尾管噪声。验证了去除排气系统的中排消声器并在后排消声器内加入消声棉的结构,可明显提高噪声的运动性,另外,消音棉的利用可以有效降低高频噪声,消声器进气管处的穿孔结构可以有效消除中低频噪声。     

一维光子晶体的反射率特性

基于平面波展开法,设计九层一维光子晶体结构,通过改变结构中介质层的厚度,运用MATLAB编程计算一维光子晶体反射率特性,厚度差值变小时,不存在反射波的区域将增加变大。研究结果为一维光子晶体器件的设计提供理论参考。     

消声管道声学性能计算的二维等几何有限元方法及应用

将等几何有限元方法应用于消声管道的声学性能计算,使用二维等几何有限元方法求解管道截面的声学特征值,考虑了存在穿孔边界和吸声材料边界的情况,进而使用特征值计算消声管道的传递损失。对包覆式消声管道进行传递损失的计算,结果与二维有限元方法吻合较好.对圆形截面的特征值计算结果表明,在计算量相同的情况下,等几何有限元方法取得了比传统有限元方法更好的计算精度.在不同结构参数条件下对消声管道的声学性能进行计算,结果与三维数值方法吻合良好。方法能够在宽频范围内较好地预测消声管道的传递损失。      

等截面消声管道传递损失计算的简化方法

本文提出了等截面消声管道传递损失计算的简化方法,方法利用消声管道截面形式的特点,将三维声学计算问题简化为二维问题,消声管道的传递损失可以表示为与轴向波数有关的表达式,轴向波数可以通过计算截面的特征值得到。对于规则截面结构,使用传递矩阵法计算特征值;复杂非规则截面的特征值使用二维有限元方法得到,进而可以计算消声管道的传递损失。仿真结果与文献中的数值方法及实验值在较宽的频率范围内吻合较好,说明了方法的正确性,此外,该方法可以考虑均匀流对消声管道声学性能的影响。方法的计算效率高,对消声管道的前期优化设计具有实际意义。     

一维非线性声波传播特性

针对一维非线性声波的传播问题进行了有限元仿真和实验研究. 首先推导了一维非线性声波方程的有限元形式, 含有高阶矩阵的非线性项导致声波具有波形畸变、谐波滋生、基频信号能量向高次谐波传递等非线性特性. 编制有限元程序对一维非线性声波进行了计算并对仿真得到的畸变非线性声波信号进行处理, 分析其传播性质和物理意义. 为验证有限元计算结果, 开展了水中的非线性声波传播的实验研究, 得到了不同输入信号幅度激励下和不同传播距离的畸变非线性声波信号. 然后对基波和二次谐波的传播性质进行详细讨论, 分析了二次谐波幅度与传播距离和输入信号幅度的变化关系及其意义, 拟合出二次谐波幅度随传播距离变化的方程并阐述了拟合方程的物理意义. 结果表明, 数值仿真信号及其频谱均与实验结果有较好的一致性, 证实计算方法和结果的正确性, 并提出了具有一定物理意义的二次谐波随传播距离变化的简单数学关系. 最后还对固体中的非线性声波传播性质进行了初步探讨. 本研究工作可为流体介质中的非线性声传播问题提供理论和实验依据.     

膨胀腔消声器声学仿真的一维修正方法

传统一维方法计算消声器声学性能随频率增加误差加大,本文应用管道末端修正系数改善一维方法的计算结果.应用二维轴对称解析方法计算管道末端修正系数,研究结构因素和频率对修正系数的影响规律,研究表明修正系数随截面半径比增加而降低,随频率增加而增加,超过截止频率后修正系数无效.根据计算结果给出修正系数拟合公式并修正传统一维方法,应用一维修正方法计算膨胀腔消声器的传递损失并和实验结果、三维有限元结果进行比较,证明一维修正方法结果精度有明显提高.     

锥形颈部赫姆霍兹共振器声学性能预测

锥形颈部赫姆霍兹共振器具有更好的低频消声能力,而其声学性能尚无准确解析预测方法。为了研究其声学性能,在声学长度修正的基础上,利用一维解析方法建立了用于计算传递损失的一维修正模型。运用分割法计算锥形管内部声传播的声学长度修正,并给出了声学修正长度计算公式。采用得到的锥形管声学修正长度和一维修正模型,计算出的锥形颈部赫姆霍兹共振器频率与有限元及实验测试结果偏差在2 Hz以内,明显优于不修正的计算结果。表明锥形管声学长度修正法提高了一维解析方法的精度,从而可以快捷准确的预测锥形颈部赫姆霍兹共振器的消声性能。