排气消声器耦合模态分析及声学应用

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1、第53卷第3期农业装备与车辆工程2015年3月Vol．53No．3AGRICULTURALEQUIPMENT&VEHICLEENGINEERING农业装备与车辆工程March2015201年5doi：10．3969／j．issn．1673－3142．2015．03．005排气消声器耦合模态分析及声学应用税永波（401520重庆市重庆工商职业学院汽车工程学院）［摘要］为探究气流与温度对消声器模态参数的影响，以简单膨胀腔为例，运用试验和仿真方法分析了常温无流、气固耦合和热固耦合三种模态。比较发现，前10

2、阶模态参数中，相对常温无流而言，气固耦合的模态频率变化较小，除了第9和第10阶振型没有对应外，其它阶的振型与常温无流模态振型基本一致；当考虑热应力与大变形时，热固耦合的模态频率与振型的变化都较大。进一步基于热固耦合模态进行了消声器温度场与结构场耦合的声学计算，揭示了耦合模态在相关分析中的应用。［关键词］多物理场;气固耦合；热固耦合；预应力模态［中图分类号］U464.134+.4［文献标志码］A［文章编号］1673-3142(2015)03-0018-04ExhaustMufflerCoupledMo

3、dalAnalysisandApplicationofAcousticsShuiYongbo（SchoolofAutomotiveEngineering，ChongqingTechnologyandBusinessInstitute，Chongqing401520，China）［Abstract］Toexploretheeffectsofairflowandtemperatureonmufflermodalparameters，asimpleexpansionchamberistakenasanex

4、ample，andsimulationandtestmethodsareusedformodalanalysisofnormaltemperaturewithoutflow，gas－solidcoupledandthermalsolidcoupled．Theresultsshowthatcomparedwiththeconditionofnormaltemperatureandnoflow，therearefewchangesforthefirst10ordergas－solidcouplingmo

5、dalfrequencyandwiththeexceptionoftheninthandtenthordermodalshapes，otherordersarebasicallycorresponding．Whenconsideringthethermalstressandlargedeformation，therearelargechangesonmodalfrequenciesandmodalshapesofthermalstructurecoupling．Furthermuffleracous

6、ticresponseofcouplingtemperaturefieldandstructurefieldiscalculatedbasedonthermal－solidcouplingmodal，whichindicatestheapplicationofcoupledmodalinrelatedanalysis．［Keywords］multi－physicalfield；gas－solidcoupling；thermal－solidcoupling；pre－stressedmodal0引言1常

7、温无流模态分析汽车排气系统，一方面由排气歧管连接到发典型的无阻尼模态分析求解的基本方程是经[4]动机，另一方面通过吊耳连接到车体，为了防止发典的特征值问题。2动机和车体振动引发排气系统共振，有必要对其[K]{准}=ω[M]{准}(1)iii进行模态分析。为了分析的需要，有时将排气系统式中：[K]——刚度矩阵；[M]——质量矩阵；{准}——i的核心部件———消声器隔离出来单独研究，在对特征向量，表示第i阶自振频率的振型；ω——第ii[1－3]消声器振动性能研究的相关文献中，更多的是阶自振角频率，rad

8、/s，表示第i阶模态的固有频率集中在模态分析时如何合理地对消声器施加边界（特征值）。条件，而很少考虑消声器内的高速高温气流对其简单扩张腔消声器的尺寸参数如表1所示。模态参数的影响。表1消声器结构尺寸本文以简单膨胀腔为例，在CFD分析的基础Tab.1Mufflerstructuresize上进行耦合模态分析，以此来比较气流压力和温模型参数参数值／mm度对模态频率与振型的影响，同时为后续的热固进出口直径59声耦合的消声器声学性能计算提供依据。扩张腔直径200扩张腔长度50