毕业论文--ANSYS有限元分析在抗性消声器设计中的应用

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1、ANSYS有限元分析在抗性消声器设计中的应用[摘要]:本文讨论了运用ANSYS分析软件对抗性消声器性能进行三维有限元计算的方法，在静态条件下建立了简单的抗性消声器有限元模型，并分析了三种不同扩张比下该消声结构的消声性能和规律，以期对以后消声器的设计和性能预测提供理论依据和设计计算作参考。[关键词]：抗性消声器；ANSYS；有限元。ApplicationofANSYSFiniteElementAnalysisinDesignofReactiveMufflerZhongJiChenYunnanJiaoTongVo

2、cationalandtechnicalCollege,Kunming,650101ChinaABSTRACT：WiththeFEsoftwareANSYS,theperformanceofreactivemuffleriscalculatedbythe3-DFEM(FiniteElementmethod)inthisthesis.TheFEmodelsofsimplereactivemuffleraredevelopedunderstaticstateworkingcondition.Andthen,the

3、acousticcharacteristicofthemufflerelementsarestudiedwiththreedifferentexpansionratioofthemuffler.Theoryandprojectexampleoftheperformanceofmufflerpredictionareprovidedbythisthesis.Keywords:reactivemuffler,ANSYS,FE1.前言内燃机排气系统噪声是汽车最主要的噪声源之一[1]。随着内燃机转速和强化程度的提高，

4、排气系统内气流速度加大，排气噪声也随之增大，从而使车辆整车噪声增大。而目前降低内燃机排气噪声最有效的方法就是使用排气消声器，因此，研究开发具有良好性能的消声器就成为噪声控制工程中一项重要课题。随着现代汽车技术的飞速发展，按照以往的经验或一些简单的计算公式，己经不能满足环保对噪声的要求，从而发展并完善消声器的理论显得愈来愈重要。而且随着计算机软件技术的迅猛发展及其在工程中的广泛应用，发动机性能仿真技术也得到了快速发展并日渐成熟。在消声器的实际设计中，创建实用的数值计算模型对优化消声器的结构和性能是一种有效途径[

5、2]。本文采用ANSYS有限元软件对抗性消声器进行研究，建立简单扩张室抗性消声器的有限元三维计算模型，并且对三个不同扩张比的扩张室抗性消声器进行了计算和分析，以期能对发动机排气消声器的设计提供理论分析和设计计算参考。2.简单扩张式消声器有限元模型的建立及求解图1计算用消声器二维图因为本文只是对有限元程序在消声器设计中的应用进行研究，而并没有根据某一型号发动机排气频谱和相应的噪声控制法规，制定所需消声量的频谱图并设计一消声器，所以仅建立了如图1（图中单位mm）所示的单腔扩张室抗性消声器结构的有限元三维计算模型，

6、并且通过改变扩张室直径（图中扩张室直径分别取120、140、160mm）进行了计算，以分析扩张比对消声器性能的影响。2.1有限元模型的建立由于流固耦合作用的复杂性，因此为了建模和网格划分的方便，仅对消声器腔内的流体进行建模，本文并不考虑消声器腔内流体和消声器壳体的耦合作用，这对本文所做的分析并没有很大的影响。利用ANSYS前处理程序PREP7，通过单元类型选择、添加实体常数、材料参数确定、几何建模、单元生成等一系列步骤建立图1所示抗性消声器声场分析的有限元模型。考虑到所用消声器的轴对称特性，为降低所耗计算机机

7、时，只建立了模型的二分之一，这并不会对其结果产生任何不利影响。图2为用ANSYS建成的实体模型。图3中消声器出口处的半圆球表示消声器的出口边界条件，即消声器无限远处声场的界面。圆球半径大小至少为[3]：式中：—消声器扩张室直径—声波中的主要波长（）在对实体模型进行单元划分时，所采用的是计算精度较高的六面体单元，并用映射网格的方法划分，从而既降低了单元数量、结省了计算时间，又保证了计算精度。图3即为单元划分后的有限元模型。图中与消声器壳体相接触的单元采用具有约束的“FLUID30”单元，而与壳体无接触的内部单元

8、则采用无约束的“FLUID30”单元。在半圆球圆周面上采用“FLUID130”单元进行覆盖，以保证声波以最小的反射吸收到流体域内。图2消声器的实体模型图3消声器的有限元模型2.2有限元模型的求解利用ANSYS求解程序SOLUTION，通过定义分析类型（只能是谐分析）和选择项、约束与加载、定义载荷步及激活有限单元求解器进行求解。在定义约束时，先定义了与消声器壳体相接触的单元的材料特性MU=0。此处MU