排气消声器优化模型探讨

将噪声源、消声管路和外界组成一般排气系统,对消声器消声特性进行计算,运用传递矩阵法给出了消声器插入损失的数学模型,分析了消声器内压力的损失及消声器目标消声量的频带特性对消声器优化设计的影响,提出并建立了兼顾消声器各项设计要求的新优化设计模型。运用BorlandC 和Matclab对新优化设计模型进行了计算,并编制了优化软件,最后对计算模型的预测精度和优化效果进行了试验室动态试验,证实计算和新建优化模型理正确可行的。     

高速列车风道消声器传声特性

为了抑制空调系统对高速列车车内噪声的影响,在风道内设置阻抗复合消声器,量化分析传声特性是高速列车低噪声设计的重要内容. 基于有限元-统计能量分析（FE-SEA）混合法建立某高速列车风道消声器传声特性分析模型,对80~3 150 Hz频率区段的风道消声器传声特性进行预测计算. 采用声学有限元法建立风道消声器声学模态分析模型,针对传递损失的峰值和谷值所在的频率区段,计算风道消声器声学模态,解释传递损失峰/谷值的成因. 从提升声学性能的角度,结合工程实际情况,对风道消声器进行设计方案优选. 结果表明：风道消声器具有良好的降噪作用,声学模态振型特性是传递损失峰/谷值的成因;消声器阻性特性对传递损失的影响最大,通过吸声选材优选可以最大提高传递损失18.0 dB;消声器抗性特性影响相对较小,通过吸声包数量和位置的优选可以最大提高传递损失4.1 dB;考虑阻抗复合优选方案,最高可以提高风道消声器传递损失18.6 dB.     

结构声耦合对膨胀腔水消声器声学性能的影响

水消声器可以有效降低管路系统水噪声,为更加准确的预测水消声器传递损失,利用结构声耦合数值模型分析消声器内部声场,研究不同部位结构声耦合效应对充水膨胀腔消声器声学性能的影响规律.计算厚径比为1的充水膨胀腔消声器传递损失,并与刚性条件下的数值结果及理论结果进行比较,以验证方法的正确性;对比二维轴对称模型与整体计算模型的计算结果,验证基于二维轴对称模型分析的可行性.数值研究表明:本方法可以有效的预测水消声器传递损失;随着水消声器腔壁厚度的减小,弹性结构与流体的耦合程度增加,结构声耦合效应对水消声器的声学性能影响增加;周向腔壁的结构声耦合效应会造成膨胀腔消声器的传递损失曲线向低频方向移动;端部腔壁的结构声耦合效应会使消声器传递损失曲线出现反共振峰、共振峰,这与膨胀腔端板结构的固有模态相关;膨胀腔壁的结构声耦合作用使腔内声压在较低频段内出现三维高次波,增加消声量;管路结构声耦合效应对水消声器声学性能的影响不大.     

一种新型消声器的设计和试验研究

针对某型柴油机排气噪声频谱特性,设计了一种新型阻抗复合式排气消声器.采用流体计算软件Fluent对消声器的阻力损失进行了仿真计算,提出了减少阻力损失的方案,用声学软件SYSNOISE中的有限元法对传递损失进行了仿真计算,并对该消声器模拟样器在无气流状态下的声学性能进行了试验研究.理论与实验结果均表明,所设计的排气消声器在柴油机排气噪声需考虑的频带内,消声量可达25dB(A).     

涡轮增压器出口消声器的性能预测和评估

为了更加有效地预测和评估某涡轮增压器出口消声器的消声性能,首先采用三维CFD法计算该消声器在无流条件下的消声量,用实验测量结果验证CFD模型的可靠性.进一步用CFD法计算了消声器有平均流时的传递损失,以便直观地分析消声器的声学性能,发现随着平均流马赫数和温度的提高,传递损失高值区间向高频区域移动.在发动机台架上测量了增压器低转速工况下消声器的插入损失,对比CFD方法计算的传递损失,评估了消声器在此工况下的消声特性.最后用CFD方法预估了消声器在发动机实际工况下的消声性能.     

矿用FBD轴流风机出口消声器设计与研究

矿用FBD轴流风机煤矿井下使用广泛,但因噪声较大,影响了使用效果。通过对某风量为700m³/min的轴流风机进行噪声测量,发现进出口频率特征呈宽频状,而风机出口整体噪声值高于进口噪声值,对整机噪声贡献最大。针对以上问题,设计了矩形槽阻性消声器与圆形槽阻性消声器,通过建立声学模型和流体模型,分析两者的声学特性,并对传递损失进行仿真计算,最终确定矩形槽消声器为设计方案。并对其内部插片进行结构优化,使得消声器最大压力从1 067.84 Pa降低到300.00 Pa,最大湍动能从100.00 m²s²降低至50.00 m²s²,在最大风量处压力损失从740 Pa降低到78 Pa。经试验,测得安装消声器后最大降噪量为16 dB,最大噪声值为81.1 dBA,低于规定噪声限值85 dBA,达到整机噪声优化目标。     

某消声器插入损失有限元计算及优化

以插入损失为评价指标,基于ANSYS和Matlab软件,采用根据插入损失定义模拟安装消声器前后排气系统出口声压得到插入损失的方法(直接模拟法),以及采用求解消声器传递矩阵四端子参数得到插入损失的方法(间接模拟法),对某型号消声器A的插入损失进行有限元计算,并对结构进行改进。通过实验验证计算结果的可靠性。结果表明:直接模拟和间接模拟两种有限元分析方法均可有效预测插入损失,改进后的消声器B的插入损失有一定的提高,证明了插入损失的有限元分析在消声器设计制造过程中的可行性。     

预测消声器声学性能的时域非结构有限体积法

为了探讨时域有限体积方法(FVM)在消声器声学性能预测中的应用,采用交错非结构FVM求解线性声波动方程,并进行数值色散分析给出相应的稳定性判据,运用吸收边界条件改进时域脉冲法,并用于预测消声器的声学性能.利用该方法模拟外插管消声器传递损失,结果与商业软件SYSNOISE有限元计算结果、文献实验结果均吻合良好,证明该方法预测抗性消声器声学性能的准确性.分析2种出口管位置蒸汽消声器的声学性能,验证了该方法的正确性及对大网格数模型的良好适用性.     

新型净化消声器的声学及流场特性数值仿真分析

汽车发动机进排气噪声是汽车主要噪声源之一,汽车尾气的排放会导致PM2.5浓度的升高,造成环境污染问题.在进排气系统上使用净化消声器可以有效地降低汽车进排气噪声和尾气浓度.传统的净化消声器设计都是将催化转化载体与消声器作为2个独立的部分进行设计,加大了生产成本,增加了安装空间.由于催化转化载体的蜂窝结构可以视为多孔介质,具有一定的消声作用,因此,设计出一种改进之后的新型净化消声器,通过将载体放入消声器内部,形成一个统一的结构,在假定消声器的净化作用的情况下,运用声学及流场的数值仿真分析消声器的传递损失和压力损失,结果证明新型净化消声器既节省了空间,又达到了消除噪声的目的.     

基于有限元法的扩张式消声器声学特性分析

排气噪声是车辆噪声中的主要噪声源。排气消声器是降低排气噪声最主要的消声装置。在扩张式消声器的噪声特性分析中,采用有限元分析软件Hypermesh和声振软件Sysnoise,分别对消声器进行建模和内部声场分析计算。结果表明:消声器传递损失幅值大小由消声器的扩张比决定,扩张室长度影响其传递损失频带的带宽。     

基于模糊质量损失的公差稳健设计方法的研究

分析了产品质量的模糊性及田口平方型质量损失函数的局限性;应用模糊理论拓展田口损失模型,提出了模糊质量损失和模糊质量损失成本的概念;探讨了应用模糊质量损失模型实现公差稳健设计的两种方法:由模糊质量损失成本构造综合成本作为目标函数,或制定一个最大模糊质量损失作为稳健性约束.用公差设计实例进行验证,结果表明该方法是合理有效的.     

水电站站内运行优化通用系统设计

摘要：针对形式多样的水电站,利用人工神经网络建立水轮机组能量特性模型并用遗传算法进行优化;统一采用多项式方式分别对水电站内各台水轮发电机组的引水管路进行分段水头损失计算;在对下游水位和流量关系处理时,除利用流量-下游水位关系曲线计算外,对具有的特殊情况,引入了逻辑条件输入模式进行编程处理。通过这些方法的综合利用,设计了通用的水电站站内优化系统。该系统针对多个水电站进行试运行时,在处理电站参数、管路水力损失、下游水位及优化运行等方面均表现出很好的适应性。     

机械结构结合面参数辨识的模糊方法

基于结构系统实验测试和各部件有限元分析 ,提出了利用模糊优化识别机械结构结合面参数的新方法 ,并给出了理论公式和算例分析. 该方法通过引入加权因子考虑了不同阶模态对不同 结合面参数识别精度的不同影响 ,同时也考虑了试验测试值与部件有限元模型中存在的不确定误差等因素而采用了模糊等式方程. 通过与传统的不加权最小二乘法比较表明 ,该方法克服了传统方法的一些缺点 ,能有效地提高结合面参数辨识精度 .     

变压器磁-热耦合计算与局部过热屏蔽措施

针对大型电力变压器涡流损耗及局部过热问题,采用三维有限元涡流场计算得出变压器油箱及夹件的涡流损耗及其分布,进一步采用磁-热耦合方法计算出油箱和夹件温度场分布以及热点温度.在此基础上,分析局部过热问题,找出最热点并采取相应磁屏蔽来降低油箱和夹件涡流损耗及热温升,分析了磁屏蔽结构尺寸对油箱及夹件涡流损耗和最热点温度的影响.采取磁屏蔽措施后,油箱和夹件涡流损耗及热点温度明显降低,有效防止了局部过热现象,为电力变压器的优化设计提供了参考依据.     

基于多物理场仿真和VIKOR决策的干式铁心电抗器多目标优化

损耗和金属导体用量是干式铁心电抗器优化设计过程中需要考虑的关键因素,为有效降低损耗和成本,该文提出基于多物理场仿真和VIKOR决策的干式铁心电抗器多目标优化方法。首先以干式铁心电抗器为研究对象,建立磁场-流场-温度场模型,将磁场计算获得的铁心和线圈损耗密度作为热源,经过流-热耦合计算得到电抗器温度分布;建立磁场-结构场模型,将基于磁场计算得到的电磁力作为应力项,计算得到铁心及线圈振动位移分布,通过有限元仿真与拉丁超立方试验设计相结合的方法,得到不同结构参数下铁心电抗器温升与振动位移结果。为进一步简化优化流程,采用灵敏度分析方法进行参数降维,针对关键参数建立设计参数与温升、振动之间的代理模型,并采用多目标遗传算法得到满足电抗器性能要求的Pareto前沿解集。考虑到电抗器金属导体用量与损耗之间相互冲突,引入VIKOR综合决策方法,在确定优化目标权重的基础上,计算Pareto解集的利益比率大小,以最小利益比率确定最优设计参数组合,最后通过仿真验证优化设计方法的正确性。优化后的铁心电抗器与优化前相比,在损耗增加4.4%的情况下,铁心和线圈金属导体用量分别减少了3.0%和16.6%,同时温升及振动在满足设计要求的基础上分别降低了7.4%和16.7%。所提方法可以有效提升电抗器性能,为电抗器优化设计提供指导。     

Multi-objective optimization of crimping of large-diameter welding pipe

Crimping is widely adopted in the production of large-diameter submerged-arc welding pipes. Traditionally, designers obtain the technical parameters for crimping from experience or by trial and error through experiments and the finite element(FE) method. However, it is difficult to achieve ideal crimping quality by these approaches. To resolve this issue, crimping parameter design was investigated by multi-objective optimization. Crimping was simulated using the FE code ABAQUS and the FE model was validated experimentally. A welding pipe made of X80 high-strength pipeline steel was considered as a target object and the optimization problem for its crimping was formulated as a mathematical model and crimping was optimized. A response surface method based on the radial basis function was used to construct a surrogate model; the genetic algorithm NSGA-II was adopted to search for Pareto solutions; grey relational analysis was used to determine the most satisfactory solution from the Pareto solutions. The obtained optimal design of parameters shows good agreement with the initial design and remarkably improves the crimping quality. Thus, the results provide an effective approach for improving crimping quality and reducing design times.     

中开多级离心泵效率优化计算方法

对离心泵水力效率及高效区相对宽度的优化计算方法进行研究,在水力损失模型的基础上提出基于近似模型的多目标优化计算方法. 以中开多级离心泵的优化设计为例,基于水力损失模型进行设计变量灵敏度分析,选出关键设计变量. 分别利用水力损失、完全二次响应面（RSF）、径向基高斯响应面（RBF）和克里金响应面（KRG）4种近模型优化离心泵的关键设计变量,分析4种效率优化计算方法的精确性和有效性. 结果表明：基于理论公式计算的第1种优化方法耗时少,但结果误差较大;后3种优化方法基于计算流体动力学（CFD）数值仿真分析,结果准确,其中RSF模型的结果最精确且计算时间较短. 比较3种不同近似模型的计算精度,RSF的计算结果最精确,RBF结果次之,KRG结果最差. 在设计流量下,基于RSF的Pareto最优解的扬程为83.77 m,效率为77.26%,基于RBF的Pareto最优解的扬程为83.09 m,效率为76.63%.     

流体动压滑动轴承的模糊优化设计

本文分析了流体动压滑动轴承优化设计中约束条件的模糊性,给出了模糊优化的数学模型,介绍了常用的水平截集解法,提出了一个确定清晰解的综合决策方法.应用这一理论对一柴油机主轴承的优化设计结果表明,模糊优化是有效的,较之普通优化更优越.     

约束阻尼板优化设计方法

在约束阻尼板振动实验基础上,建立了约束阻尼板的动态有限元模型,并对经实验验证的有限元模型运用NASTRAN程序对该约束阻尼板进行不同几何、材料参数下的仿真计算,得到相应的谐振频率和结构损耗因子.通过非线性拟合,建立了约束阻尼板谐振频率和结构损耗因子与几何、材料参数的参量拟合公式,基于该参量拟合公式,提出了优化设计方法,并成功应用于结构的优化设计.     

不压井井口装置的结构优化设计

采用拓扑优化和尺寸优化对不压井装置进行结构优化设计。首先利用基于变密度法的拓扑优化,以柔度最小为优化目标,体积分数作为约束条件,得到设计空间内最优的材料分布路径。然后根据得到的拓扑结构重新设计不压井装置结构。利用最终得到的不压井装置的拓扑结构建立新的有限元模型,利用尺寸优化工具,以最小质量为优化目标,最大位移与最大应力为约束条件,实现不压井装置的减重。通过综合两种优化方法,不仅提高了不压井装置的性能,而且大大降低了不压井装置的质量,为工程结构提供了一种新设计思路。