消声器传递损失预测的边界元数值配点混合方法

将边界元法与数值配点法结合形成混合方法用于计算任意截面形状消声器的传递损失。消声器划分为若干子结构,用边界元法计算具有非规则形状的子结构阻抗矩阵,用二维有限元法提取等截面子结构特征值及特征向量,用配点法获得阻抗矩阵;将每个子结构阻抗矩阵连接用于传递损失计算。为减少计算时间提出简化方法计算消声器传递损失。结果表明,混合法在保证计算精度前提下可节省计算时间。     

运用模态叠加法研究扩张式消声器的传递损失

采用声学模态叠加法建立单腔扩张式消声器传递损失计算模型,然后通过Matlab编程实现单腔扩张式消声器传递损失的数值计算。在此基础上,比较声学模态叠加法、有限元法和基于平面波假定的经典公式法在计算单腔扩张式消声器传递损失上的差别,研究单腔扩张式消声器膨胀段尺寸对传递损失的影响。结果表明,对于平面入射波,声学模态叠加法可用于单腔扩张式消声器各频段传递损失的计算;增大膨胀段的半径能有效提高低频段的传递损失,但对高频段的影响较小;随着膨胀段宽度的增大,传递损失的峰值向低频移动,传递损失最大的频段向高频移动。     

三维全局弱式无网格方法计算膨胀腔消声器声学模态

应用三维全局弱式无网格方法求解膨胀腔消声器的声学模态,使用无网格径向基函数点插值法求解三维形函数,使用伽辽金加权残数法离散系统方程,最终求得三维声学模态。计算某简单膨胀腔消声器前23阶三维声学模态频率,并且与有限元计算结果对比,相对误差均在1%以内,验证了运用三维无网格方法计算声学模态的正确性。进而分析模态振型图,改进消声器结构,优化消声性能。     

渐变截面背腔微穿孔管消声器声传递特性分析

为提高微穿孔管消声器的性能,研究了背腔结构对消声器性能的影响。基于一维声传播理论和微穿孔结构吸声理论,推导了渐变截面背腔微穿孔管消声器的声传播理论模型,利用传递矩阵法求出声学传递损失,并将理论计算结果与有限元仿真分析结果进行了比较,在等容积条件下分析了结构参数对传递损失的影响。结果表明:微穿孔管消声器的传递损失曲线在背腔的轴向模态频率处有极小值;对于锥形体结构背腔,增加锥度能够拓宽吸声频带,提高背腔轴向共振频率处的极小值;对于弧形体结构背腔,减小弧形半径能够提高消声器的低频处的吸声效果。     

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。     

阻性管道消声性能预测的边界元数值配点混合方法

将边界元方法与配点法结合形成一种混合方法用于大尺度阻性管道的声学性能预测,根据截面形式,整个结构被划分为若干子结构,边界元方法与配点法分别被用于计算非规则结构和规则结构的阻抗矩阵,最后将各阻抗矩阵连接起来用于传递损失的计算。由于管道进出口为非平面波传播,考虑对进出口配点进行模态展开,将阻抗矩阵转化为散射矩阵,使用进出口的声功率计算传递损失。通过与数值方法和实验值比较验证了方法的正确性,进而应用该方法对管道消声性能进行分析。     

消声器中频声学性能的计算测量方法

传统的消声器声学性能计算和实验测量都是在消声器进出口管道作为平面波声场的条件下进行,当进出口管道内出现有高阶模态激发的三维声场时,这些计算方法和实验测量方法就不再适用。由此,采用消声器进出口管道内加径向隔板的方法来计算消声器的声学性能,当原来管道声场中出现高阶模态时,仍然可以用平面波方法计算消声器的传递损失。应用该方法对进气滤清消声器进行传递损失数值计算,在原来进出口管道的平面波声场范围内,计算结果与传统方法计算结果均接近实验的测量结果,验证了该方法预测消声器声学性能的可行性。进而在所设计的消声器中频声学性能实验测试台架上,用声波分解法对阻性消声器进行传递损失测试,实验测量结果和有限元仿真结果也吻合良好。     

消声器中频声学性能数值预测与实验测量研究

采用有限元法计算内部声场,根据管道声学模态理论分解出模态声波,进而计算出消声器的传递损失。采用相同的原理,通过多传声器声波分解法对简单膨胀腔消声器进行实验测量,实验测量结果与数值预测结果吻合较好,并将消声器传递损失的数值预测和实验测量的有效频率范围拓展到平面波截止频率以上。     

消声器中高频传递损失计算的有限元-模态匹配混合方法

提出了有限元-模态匹配混合方法用于计算消声器中高频传递损失,将消声器进出口面上的节点声学量展开为模态叠加的形式并代入有限元方程,以本征函数为权系数对进出口面上的声压进行积分,从而建立起以内部节点声学量和进出口模态幅值系数为未知量的线性方程组。结合边界条件计算得到消声器进出口面上的各阶模态幅值系数,进而得到进出口声功率用于传递损失的计算。分别对抗性和阻性消声器的传递损失进行了计算,验证了有限元-模态匹配混合方法在全频段范围的有效性。     

多腔穿孔管消声器传递损失参数灵敏度分析

传递损失作为穿孔管消声器声学性能的评价指标,可以采用有限元法计算。文章提出数值联合仿真方法计算其传递损失,并与试验结果进行对比验证。进而采用该方法结合正交实验法研究多腔穿孔管消声器传递损失参数灵敏度。研究结果表明,数值联合仿真方法可以准确计算穿孔管消声器传递损失,比传统方法节省2/3的时间。在中频段,进出口管半径、扩张腔半径和第一腔结构参数对多腔穿孔管消声器传递损失影响明显。     

穿孔管阻性消声器横向模态和声学特性计算与分析

应用二维有限元法计算穿孔管阻性消声器的横向模态,利用数值模态匹配法计算其传递损失,推导了相应的公式并编写了计算程序。对于圆形同轴穿孔管阻性消声器的传递损失,数值模态匹配法计算结果与三维有限元法计算结果以及实验值吻合良好,表明了二维有限元法计算穿孔管阻性消声器横向模态和数值模态匹配法预测消声性能的准确性。进而分析孔径、穿孔率、吸声材料的密度和穿孔管偏移对圆形直通穿孔管阻性消声器横向模态和消声特性的影响。结果表明,孔径减小、穿孔率增大,或者穿孔管偏移量增大均能使消声器有效的平面波区域变宽,高频消声效果变好,但中频消声效果变差;增加吸声材料的填充密度则能提高消声器中高频的消声量。     

穿孔管消声器消声性能的有限元计算及分析

使用有限元法计算穿孔管消声器的传递损失,并与实验测量结果进行了比较,二者吻合良好。穿孔率 相同而孔径不同的两个穿孔管消声器的传递损失与具有相同直径和长度的简单膨胀腔消声器的传递损失比较表 明,穿孔管对消声器的低频性能影响较小,而对中频消声性能影响很大、对高频消声性能影响有限。     

多共振消声器串联系统声学特性分析及应用

针对内燃机进气系统需良好的低频消声效果而可用空间有限的问题,研究多个消声器串联后的声学特性。基于共振消声器集中参数模型,推导消声器串联后系统主消声频率公式并验证。结果表明,双共振消声器串联系统有两主消声频率,即小于、大于下端消声器的偏频;增加体积比时较小的接近偏频,较大的远离偏频;长度比等于1、面积比小于等于1时串联系统所需体积小。串联系统消声器结构参数均相同时主消声频率个数与消声器个数相同。基于此,对某商用车进气系统进行降噪设计,使200 Hz以内的传声损失整体提高约5 dB。     

消声器传递损失计算的单元能量叠加法

在消声器进出口管道平面波截止频率以上,高阶模态被激发,传统方法假设进出口为平面波计算消声器传递损失的方法已不再适用。基于有限元法,把进出口面划分出若干个单元,将每个单元上的声场分布近似为平面波,建立基于单元能量叠加计算消声器传递损失的方法,并使用本文方法和Virtual.Lab Acoustics软件计算了三种类型消声器的传递损失,分析了非平面波现象。结果表明,本文方法可行且能够有效地考虑非平面波的影响。     

Boundary element acoustic analysis of hybrid expansion chamber silencers with perforated facing

The substructure boundary element approach is developed to predict and analyze the acoustic attenuation characteristics of hybrid expansion chamber silencers with perforated facing. The silencers are divided into a number of acoustic domains with single medium (air or sound-absorbing material), and treating the sound-absorbing material as an equivalent fluid with complex-valued density and speed of sound (or complex-valued characteristic impedance and wavenumber), and then the boundary element method (BEM) may be applied to each domain leading to a system of equations in terms of acoustic pressure and particle velocity. Using the specific acoustic impedance of perforate, which takes into account the effect of sound-absorbing material, the relationship of acoustic pressures and particle velocities between the inlet and outlet of silencer may be obtained and then transmission loss is determined. For the straight-through perforated tube reactive and dissipative silencers, the predictions of transmission loss agree reasonably well with experimental measurements available in the literature, which demonstrated the applicability and accuracy of the present approach. The BEM is then used to investigate the effect of internal structure on the acoustic attenuation characteristics of hybrid expansion chamber silencers with perforated facing. The numerical results demonstrated that the hybrid expansion chambers may provide higher acoustic attenuation than the reactive expansion chamber in the mid to high frequency range.     

土-结构三维动力分析的线性-非线性混合子结构法

为提高土-结构三维非线性动力分析问题的计算效率,根据结构存在局部塑性区域的特点,提出了适合于非线性子结构与多个线性子结构存在边界耦合情况的线性-非线性混合约束模态综合法。该方法将整体体系划分为线性和非线性两类子结构,对线性子结构依照势能判据截断准则进行自由度的缩减,并最终与非线性子结构进行综合,进而获得非线性体系的动态响应。进一步将该方法应用到土-高层建筑相互作用体系的三维动力分析算例中,针对两种不同的土体边界条件分别进行了多组地震动激励作用下的动力时程分析,验证了该方法的精确性与有效性。最后,针对非线性土体区域范围的多种不同取值进行了多组数值试验,结果表明:对于该文算例,当非线性土体区域的范围取为上部结构水平尺寸的3倍时即可获得满意的计算结果,进一步说明了该方法的有效性。     

排气消声器传递损失的实验测量与分析

介绍消声器传递损失的测量方法,包括声波分解法、两负载法、两声源法和脉冲法。在消声器声学性能试验台上采用两负载法测量无流和有流时简单膨胀腔和直通穿孔管消声器的传递损失。测量结果表明：穿孔率对穿孔管消声器低频消声性能影响较小,对中高频消声性能影响较大,增加穿孔率能够拓宽穿孔管消声器的有效消声频率范围;气流对直通穿孔管消声器的声学性能有一定影响,穿孔率越低影响越大,随着流速的增加,低频段传递损失变化不大,高频段的传递损失显著增加。     

大功率船用齿轮箱耦合非线性动态特性分析及噪声预估

对某大型船用齿轮箱的动态特性进行分析,将系统分为传动子系统和结构子系统,通过支撑轴承把两个子系统耦合起来,建立齿轮-轴-轴承-箱体耦合系统三维有限元模型。在研究斜齿轮接触线变化规律基础上,提出了一种计算斜齿轮时变刚度的方法。在考虑传动子系统内部激励和外部激励的影响下,对系统动态特性进行了数值仿真,得出了结构子系统各点的振动位移、速度等动态评价指标,以及系统的结构预估噪声,为船用齿轮箱系统动态性能优化提供了理论依据。     

基于UKF模型更新的混合试验方法

在混合试验中,将结构划分为物理子结构和数值子结构两部分。对遭遇强震下大型结构的混合试验,很难保证数值子结构仍处于弹性阶段。为确保数值子结构模型的准确性,提出基于Unscented Kalman filter (UKF) 模型更新混合试验方法。该方法假定数值子结构与物理子结构恢复力模型相同,在混合试验进行中利用物理子结构试验观测数据,采用UKF方法在线识别物理子结构模型参数,实时更新数值子结构模型参数。通过数值模拟,应用UKF方法对单自由度结构非线性模型进行在线参数识别,验证UKF方法性能;通过对弹簧试件实际试验,验证该混合试验方法的有效性。结果表明,基于UKF模型更新混合试验方法较传统混合试验方法精度更高。