双模态消声器低频消声特性分析及应用

低频阶次噪声占居排气噪声的主要成分,且对排气噪声声品质有着重要影响,双模态消声器对于排气低频噪声具有良好的控制效果,但目前还缺乏深入的消声特性分析及快捷的实际应用设计方法。建立最简双模态消声器结构,通过三维数值仿真,发现双模态消声器具有低频消声峰值,且随着阀体开度的增加,峰值频率向高频方向移动,并通过声压云图分析确定发挥低频消声作用的腔室。针对双模态消声器中的共振腔部分,通过一维/三维混合仿真方法,提取阀体结构的声学参量,建立基于集总参数的声学特性预测模型。仿真分析发现随阀体结构开度变化的阀体部分声质量抗,是影响消声峰值频率移动的关键。通过集总参数预测模型设计了匹配某款汽车的双模态消声器,并通过数值仿真及传递损失实验验证了设计参数的正确性。进行实车测试,结果表明匹配设计的双模态消声器降低了排气四阶噪声,验证了提出的正向匹配设计方法的有效性。     

特种发动机排气消声器的设计与仿真研究

根据特种发动机排气噪声的特性和消声器的安装要求,设计了一个组合式排气消声器.运用流体计算软件FLUENT和声学有限元软件SYSNOISE对消声器的内部流场和声场进行了仿真计算和分析.仿真结果表明:排气消声器能显著降低发动机排气口的气流速度和排气噪声,平均消声量可达21dB(A).     

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。     

消声器匹配研究的一维三维混合方法

匹配研究对汽车消声器的设计非常重要。常用的消声器一维研究方法由于频率限制只适用于消声器截止频率以内的频域范围,而三维数值研究方法虽不受截止频率限制,但无法考虑发动机排气噪声源对消声器的影响。所以,发展了一、三维混合方法进行排气消声器匹配仿真。以一维方法确定发动机噪声源强度和阻抗特性,以三维数值方法计算消声器的四极参数,最后应用声源特性和消声器四极参数进行消声器匹配研究。应用该混合方法计算了典型排气净化消声器的插入损失,计算结果和试验结果吻合良好,验证了该方法的可靠性和准确性。排气净化消声器中催化转化器的声学影响采用传递矩阵方法考虑。     

国五标准柴油机排气系统声学性能研究与设计

针对满足国家第五阶段排放标准的排气系统,设计具有良好消声性能的消声结构。首先通过实验分析的方法研究发动机排气声源特性,发现与发动机点火频率相关的低频阶次噪声在排气噪声中占主导地位。然后基于平面波理论计算催化转化器传递损失,通过GT-Power声学仿真与阻抗管传递损失测试进行验证,分析出载体在中高频具有良好的消声性能,这种性能可以使其代替吸声棉对排气中的高频气流噪声产生很好抑制效果。基于发动机声源特性以及催化器的声学性能,设计出针对低频噪声的消声器方案,并针对长尾管的声模态共振问题,在尾管中添加穿孔管消声器,降低特定转速下的模态噪声。实验表明设计方案达到预期的消声效果,且与相同型号发动机的国四标准排气系统对比具有更低的排气背压,可提升发动机效率与燃油经济性。     

空压机排气放空复合消声器设计与性能分析

为降低空压机的高压排气放空气流噪声,给出了节流降压板、片式消声通道及小孔喷注层的消声性能经验公式计算方法,设计了一款适用于排气放空气流的复合消声器。在Virtual. Lab中建立了复合消声器的声学有限元模型,开展了消声器的传递损失性能分析。仿真结果表明:声学有限元仿真与经验公式计算的传递损失结果较为接近;所设计的高压排气放空复合消声器在20 Hz~3 000 Hz宽频段内具有理想的消声效果,平均消声量可达57 dB。     

一体式排气净化消声器消声性能分析

为了达到船用柴油机排气净化和降噪的双重功能,对设计的一体式排气净化消声器,建立有限元模型,运用声场仿真分析软件Virtual Lab 对其消声特性进行分析,分别研究排气流速,温度,出口管反射,内插管及蜂窝载体对消声器消声性能的影响,得到了各个因素的影响机理,从而验证了一体式排气净化消声器设计的合理性。     

抗性消声器消声模型及仿真研究

在建立消声系统数学模型的基础上，通过对常见的抗性排气消声器的结构分析，将基本的消声元件分为7种，在考虑均匀流和线性温度梯度的前提下，推导它们的传递矩阵和抗性消声器的消声模型，并进行模拟仿真研究。     

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。     

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。     

钢筋混凝土无铰拱非线性平面有限元分析

本文以有限元分析为基础,提出一个钢筋混凝土无铰拱的非线性计算方法。这个方法,采用平面分离式单元.考虑了材料的非线性性能和裂缝对结构受力的影响,提出了无铰拱破坏的判断条件。本文编写了相应的电算程序NFEHA86.通过电算,能够给出钢筋混凝土无铰拱受力全过程的位移、应力、应变、裂缝情况和破坏荷载。电算结果和实测结果吻合较好。     

Ti-5Al-2.5Sn合金ISM熔炼工艺参数优化设计

运用直接差分方法,建立了感应凝壳熔炼温度场计算模型,并在此基础上模拟计算了熔炼Ｔｉ－５Ａｌ－２．５Ｓｎ合金时坩埚内温度变化。提出了合理的功率进给方式。研究了炉料和熔炼功率对熔体最终温度和出液量的影响,优化了熔炼工艺参数,为实际熔炼提供了理论指导。     

红外热图像技术在复合材料表面缺陷检测中的理论分析

介绍了脉冲加热红外无损检测的基本原理,利用有限元的方法建立了数学模型,并且给出了Matlab仿真结果,在原理分析和仿真结果的基础上,通过实验证明了在缺陷检测和选择最优热检测参数方面建立有限元热传导模型是有效和通用的工具。     

Numerical Simulation of Detonation and Multi-Material Interface Tracking

In this paper, we report high resolution simulations using a fifth-order weighted essentially non-oscillatory (WENO) scheme with a third-order TVD Runge-Kutta time stepping method to examine the features of the detonation for gas and condensed explosives. A two-stage chemical reaction model and an ignition and growth model are employed to describe the chemical reaction process for gas and condensed explosives. Based on the Steger-Warming vector flux splitting method, a splitting method is employed when the vector flux does not satisfy the homogeneity property for simulating detonation wave propagation for condensed explosives. The sensibility of flame propagation process and explosion overpressure on obstacles is also numerically performed. Meanwhile, an interface tracking algorithm is developed and coupled with a two-dimensional multi-material code indigenously for simulating the response of materials to impact, shocks and detonations. Numerical experiments are performed to investigate the influences of liner cone angle, wall thickness and initiation mode on shaped charge jet formation process. The results of calculations show good agreement with experimental results, and indicate that the interface treatment algorithm is especially suitable for simulating explosive loading on thin-wall structure such as shape charges.     

降膜式蒸发器管束间流量分配均匀性对其性能的影响

通过模拟计算讨论降膜式蒸发器在运行过程中,换热管束内外流体不均匀分布对换热器整体性能的影响。管外性能的模拟计算采用根据管束中换热管位置、沿换热管束长度方向上网格离散的三维网格格式,管内性能的计算采用三维CFD计算方式。计算和分析表明,换热流体在换热器中的分布均匀性对换热器内管外局部干斑出现的比例,以及整体性能有明显的影响。     

用可压缩流涡方法模拟叶轮机动静叶的相互作用

本课题组发展了一种扰动涡方法,用以研究叶轮机内动、静叶相互作用。其优点是物理图画清楚,计算收敛快。它采用了一个重要假设：扰动胀量为零,从而大大简化 了计算过程。文章的目的是研究此假设的影响,并取消此假设,使扰动涡方法建立在完全严格的数学基础上。由于取消了“扰动胀量为零的假设,需要耦合求解扰动质量方程、扰动涡量输运方程和扰动能量输运方程。这是文章与文献[1,2]的主要区别。     

Three-dimensional reconstruction and homogenization of heterogeneous materials using statistical correlation functions and FEM

In this study, a previously developed reconstruction methodology is extended to three-dimensional reconstruction of a three-phase microstructure, based on two-point correlation functions and two-point cluster functions. The reconstruction process has been implemented based on hybrid stochastic methodology for simulating the virtual microstructure. While different phases of the heterogeneous medium are represented by different cells, growth of these cells is controlled by optimizing parameters such as rotation, shrinkage, translation, distribution and growth rates of the cells. Based on the reconstructed microstructure, finite element method (FEM) was used to compute the effective elastic modulus and effective thermal conductivity. A statistical approach, based on two-point correlation functions, was also used to directly estimate the effective properties of the developed microstructures. Good agreement between the predicted results from FEM analysis and statistical methods was found confirming the efficiency of the statistical methods for prediction of thermo-mechanical properties of three-phase composites.     

基于CAFE法模拟自然对流对微观组织的影响

在分析元胞自动机-有限元(CAFE)法模拟凝固过程微观组织物理本质和数值计算方法的基础上,运用该法模拟了对流对凝固过程中的温度场、缩孔和疏松及微观组织的影响。模拟结果表明:该法可以实现铸件三维微观组织的模拟,模拟结果与实验吻合较好。对流可以起到均匀温度场的作用;对流对凝固过程中的补缩有一定的影响,使缩孔、疏松形貌不规则;对流可以细化铸件的微观组织。     

二维晶粒演变过程的模拟及分形研究

以蒙特卡罗随机模拟方法为基础，通过对原有算法进行改进，对二维晶粒的演变过程进行了计算机模拟和分形研究，获得了统计等效组织模型．分析表明，模拟的晶粒在演变过程中具有分形特性，即晶粒形态具有与时间无关的相似性，与晶粒形核和生长的物理机制相一致，证明了模拟过程的合理性．从而为后续热变形显微组织演变的模拟中晶核的空间分布和生长提供较为精确的显微组织基础．     

Low-velocity impact-induced damage of continuous fiber-reinforced composite laminates. Part I. An FEM numerical model

A numerical model for simulating the process of low-velocity impact damage in composite laminates using the finite element method is presented in this paper, i.e. Part I of this two part series on the study of impact. In this model, the 9-node Lagrangian element of the Mindlin plate with consideration of large deformation analysis is employed. To analyze the transient response of the laminated plates, a modified Newmark time integration algorithm previously proposed by the authors is adopted here. We also proved that the impact process between a rigid ball and laminated plates is a stiff system, therefore a kind of A(α) stable method has been advocated here to solve the motion equation of the rigid ball. Furthermore, various types of damages including delamination, matrix cracking and fiber breakage, etc. and their mutual influences are modeled and investigated in detail. To overcome the difficulty of numerical oscillation or instability in the analysis of the dynamic contact problem between delaminated layers using the traditional penalty methods, we have employed dynamic spring constraints to simulate the contact effect, which are added to the numerical model by a kind of continuous penalty function. Moreover, an effective technique to calculate the strain energy release rate based on the Mindlin plate model is proposed, which can attain high precision. Finally, some techniques of adaptive analyses have been realized for improving the computational efficiency. Based on this model, a program has been developed for numerically simulating the damage process of cross-ply fiber-reinforced carbon/epoxy composite laminates under low-velocity impact load. In Part II, this numerical model will be verified by comparing with the experimental results. Also the impact damage will be investigated in detail using this numerical approach.