基于多场耦合的汽车排气消声器声学性能研究.pdf

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1、基于多场耦合的汽车排气消声器声学性能研究Theresearchonacousticperformanceofautomotiveexhaustmuftierbasedonmulti-fieldcoupling税永波’，徐小程，曹志良’SHUIYong．bo’，XUXiao．cheng，CAOZhi．1iang’(1．重庆工商职业学院汽车工程学院，重庆401520；2．上海汽车集团股份有限公司技术中心，上海201805)摘要：为探究弹性壁和非均匀温度场对消声器传递损失的影响，以某型简单扩张腔为例，应用Fluent和Virtua1．Lab软件进行了多场耦合仿

2、真。结果表明：相对于刚性壁而言，声固耦合时消声器的传递损失会降低，且在某些结构模态频率处发生了跳变；高温下传递损失曲线两个拱形消声峰值间的频率间距增大，且进气口温度越高，增大越多；高温和声固耦合共同作用下的传递损失曲线既表现出声固耦合的现象，又有高温时的特点。关键词：传递损失；多场耦合；弹性壁；温度场中图分类号：U464．134+．4文献标识码：A文章编号：1009-0134(2015)02(下)-0067-03Ooi：10．3969／J．tssn．1009-0134．2015．02(下)．2O0引言表1消声器结构尺寸模型参数参数值(mm)消声器作为控制

3、排气噪声的主要装置而被广泛使进出口直径59用，实际工作时，消声器的弹性外壁和内部声波会发生扩张腔直径200耦合作用，同时高温环境会影响消声器的结构模态和声扩张腔长度5o0学性能。传递损失是评价消声器声学性能的主要指标之外壁厚度1一50，因此在消声器的前期设计阶段，精确预测消声器的进出口端面距腔体的距离传递损失具有重要意义。2消声器传递损失分析文献【1】假设末端板是弹性的情况下，利用BEM．当进出口端的截面积相同时，传递损失的计算公式FEM耦合模型对消声器的传递损失进行了预测，预测结如下：果说明把消声器腔体末端视为弹性结构的分析效果要优只于把其视为刚性结构

4、，但是并没有把整个消声器外壁作TL=20lg()=20lg为弹性体对待。很多学者在研究温度对消声器声学性能的影响时都简单地将整个腔体设为同一温度值】：文式中：p。为密度，c为声速，u为质点的振动速度，献【4】考虑了非均匀温度对消声器声学性能的影响，得出P入为入口处的声压，P出为出IZl处的声压。温度变化对消声器声学性能影响显著的结论，但在传递按所分析的最大声学频率对声学网格的尺寸要求温度属性的过程中需要编制相对复杂的程序。划分网格，划好后的声学网格如图1所示。总的来说，对消声器耦合性能的研究中很少涉及同时考虑弹性壁和温度场对消声器声学性能的影响。本文以简

5、单扩张腔消声器为例，从多场耦合的角度研究消声器的传递损失。1模型介绍简单扩张腔消声器的尺寸参数如表1所示。图1消声器的声学网格收稿日期：2014-09-22基金项目：2014年重庆工商职业学院科研重点项目(ZD2014—07)；重庆市教委科学技术研究项目(KJ1403806)作者简介：税永波(1987一)，男，四川达州人，助教，硕士，研究方向为汽车振动与噪声控制。第37卷第2期2015—02(下)【67l按照公式1应用Virtua1．Lab计算常温刚性壁状态时消2)在低频段(在高频失效频率2073Hz以下)，考声器的传递损失曲线，如图2所示。虑声固耦合的

6、传递损失曲线出现了比较明显的跳变。对应的频率约为209Hz、895Hz、1023Hz，而这三个频率刚好与该消声器在常温下的结构模态频率近似对应。表2常温下消声器的部分结构模态频率阶次频率(Hz)第4阶209．53第24阶895．30第32阶1022为了研究弹性壁厚度对声固耦合时传递损失的影图2消声器传递损失响，外壁厚度分别取0．5mm、lmm、2mm和4mm，只约3消声器声固耦合分析束进气端，模态阻尼都取0．1％，经计算，所得的传递损失如图4所示。一般情况下，对消声器进行声学分析时，都是将消声器的外壳作为刚性体对待，而忽略了弹性壁对声学性：能的影响，实际

7、上内部声波会引发壳体振动，壳体振动又会反过来影响内部声波的传播，所以有必要进行声固耦合分析。，考虑弹性边界时，消声器内部空腔的声学有限元方程为：$m2)(／(a—CO)尸=∞。RU,(2)图4不同外壳厚度的传递损失曲线其中，为声学质量矩阵；为声学刚度矩阵；P^为*从图4可以看出，壳体越薄的传递损失曲线在低频声压向量；R为流固耦合矩阵；U为节点位移幅∞值向∞筠量∞。"6o{"段的跳变更明显。对于弹性壁，需要考虑声压对结构的作用，其有限元方程为：4温度对消声器声学性能的影响(一M)=Fa+(3)温度会影响空气的密度、声速和粘滞系数等参数，其中，M。为结构质量

8、矩阵；K。为结构刚度矩阵；F从而影响消声器的声学性能隋】，将消声器内部气体假设为