消聲器設(shè)計的案例
消聲器設(shè)計仿真及噪聲預(yù)測
近年來，歐盟對道路車輛實行了更嚴(yán)格的噪聲排放限制，在這些限制條件下，消聲器設(shè)計人員必須創(chuàng)造更高效的方式來開發(fā)和評估所設(shè)計的消聲器的性能。本文分享了一種在消聲器設(shè)計中預(yù)測外部噪聲產(chǎn)生情況的新方法來實現(xiàn)這個目標(biāo)。
基于之前的消聲器模型進(jìn)行建模
一篇以往的文章通過列舉在 COMSOL Multiphysics? 軟件中使用汽車消聲器幾何結(jié)構(gòu)的例子，說明了在純聲學(xué)模型中包含結(jié)構(gòu)效應(yīng)的影響，其中建立了純壓力聲學(xué)消聲器模型和多物理場模型，比較了對兩個模型的傳輸損耗預(yù)測值的影響。
圖 1. 消聲器模型包含在聲學(xué)域中，其周圍是完美匹配層。
我們擴(kuò)展了消聲器模型的聲-結(jié)構(gòu)耦合，來評估消聲器向周圍環(huán)境的聲泄漏。為了便于評估，我們添加了一個半徑為 0.35 m、長度為 1.4 m 的圓柱形聲學(xué)域，該聲學(xué)域環(huán)繞消聲器，域的中心位于消聲器的中心（如圖 1 所示）。厚度為 50 mm 的外部域?qū)幽軌蚨x完美匹配層（perfectly matched layer，簡稱 PML），該完美匹配層代表非反射條件。
在 COMSOL Multiphysics? 中模擬消聲器設(shè)計
消聲器幾何結(jié)構(gòu)保留上一個研究的幾何結(jié)構(gòu)外觀，材料屬性和應(yīng)用于消聲器幾何結(jié)構(gòu)的邊界條件也保持不變。因此，穿過聲學(xué)域的消聲器的拉伸入口和出口管截面的表面被模擬為硬聲場邊界，如下圖所示。在管的兩端應(yīng)用平面波輻射邊界條件，在消聲器的入口面應(yīng)用 1 Pa 入射平面波。有關(guān)示意圖，請參見圖 2。
圖 2. 顯示所應(yīng)用邊界條件的消聲器模型。
聲學(xué)域采用 20°C 環(huán)境溫度下的空氣的聲學(xué)特性進(jìn)行建模。這些特性與消聲器內(nèi)空氣的聲學(xué)特性一致。
平面波輻射條件引入了對所有輸出壓力波的人工阻尼（將反射最小化），因此復(fù)制了一個無界或“無限”的管。
展開 進(jìn)排氣NVH測試培訓(xùn)【瑞典皇家理工學(xué)院(KTH)專家奉獻(xiàn)】
進(jìn)排氣系統(tǒng)/消聲器聲學(xué)設(shè)計培訓(xùn)
尊敬的女士、先生：
大友科技作為最先進(jìn)的振動噪聲集成化解決方案提供者，攜手Tamer Elnady博士（艾因夏姆斯大學(xué)教授、瑞典皇家理工學(xué)院博士后），將于2012年上海汽車測試展前夕為各位汽車NVH工程師帶來關(guān)于汽車進(jìn)排氣系統(tǒng)及消聲器NVH設(shè)計開發(fā)的專業(yè)培訓(xùn)課程。
時間：2012年9月17日 9:00-18:00
地點(diǎn)：上海光大會展中心國際大酒*店18號廳（位于酒*店2層）
費(fèi)用：1200 RMB/人
屆時Tamer Elnady博士及大友科技的專家將與您分享我們的最新技術(shù)、研究成果，為各位帶來消聲器最新設(shè)計理念及消聲器設(shè)計仿真、試驗方法熱點(diǎn)問題，并深入的探討行業(yè)實際應(yīng)用方案。
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時間：2012年9月17日 9:00-18:00
地點(diǎn)：上海光大會展中心國際Hotel18號廳（位于hotel2層）
費(fèi)用：1200 RMB/人
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展開 基于comsol的微孔吸聲棉消聲器分析 ￥2800
<a href="https://baike.baidu.com/item/%E5%85%B1%E6%8C%AF" rel="noopener noreferrer" target="_blank">共振</a>時的最大吸聲系數(shù)α0為α0=4r/(1+r)2(7)具體設(shè)計微穿孔板吸聲結(jié)構(gòu)時，可通過計算，也可查圖表，計算結(jié)果與實測結(jié)果相近。在實際工程中為了擴(kuò)大吸聲頻帶的寬度，往往采用不同孔徑、不同穿孔率的雙層或多層微穿孔板復(fù)合結(jié)構(gòu)。<strong>二、微穿孔板理論在抗噴阻消聲器設(shè)計中的應(yīng)用</strong>利用微穿孔板聲學(xué)結(jié)構(gòu)設(shè)計制造的消聲器種類很多，主要型為抗噴阻型消聲器。該型式消聲器是用不銹鋼穿孔薄板制成，因該九臺消聲器是用于石化單位，空氣腐蝕性比較大，故穿孔板后的空氣層內(nèi)填裝的吸聲材料為耐腐蝕金屬軟絲布。利用吸聲材料的阻性吸聲原理，進(jìn)一步達(dá)到降噪消聲的作用，其吸聲系數(shù)高，吸收頻帶寬，壓力損失小，氣流再生噪聲低，且易于控制。為獲得寬頻帶高吸收效果，一般用三級微穿孔板結(jié)構(gòu)。微穿孔板與外殼體之間以及微穿板之間的空腔尺寸大小按需要吸收的頻帶不同而異，低頻腔大（150～200mm）,中頻小些(80～120mm），高頻更小些（30～50mm），雙層結(jié)構(gòu)的前腔深度一般應(yīng)小于后腔，前后腔深度之比不大于1：3，前部接近氣流的一層微穿孔板穿孔率應(yīng)高于后層，為減小軸向聲傳播的影響，可在微穿孔板消聲器的空腔內(nèi)每隔500mm左右加一塊橫向隔板。試驗證明，微穿孔板消聲器不論是低頻、<a href="https://baike.baidu.com/item/%E4%B8%AD%E9%A2%91" rel="noopener noreferrer" target="_blank">中頻</a>、高頻消聲性能實測值比理論估算值要好。
展開 
消聲器簡介
只能根據(jù)具體的聲源和治理方式確定它的消聲量。
對它的評價指標(biāo)，不外乎以下幾個方面：一、在現(xiàn)場正常工況下，消聲器有較大的消聲量，并具有較好的消聲頻率特性；二、消聲器對氣流的阻力損失或功率損耗要小，不能影響到設(shè)備的正常運(yùn)行；三、消聲器堅固耐用、體積小、重量輕、結(jié)構(gòu)簡單、宜于加工；
這幾個評價指標(biāo)中，最主要的就是消聲量和它的空氣動力性能也就是產(chǎn)生的壓損了。對消聲器的聲學(xué)評價指標(biāo)有插入損失(IL)、傳聲損失（TL）、減噪量、衰減量等等，我們最常用的是TL，即消聲器進(jìn)出口的聲功率之差（Lw1-Lw2)，由于聲功率不能直接測得，一般是通過測量消聲器前后截面的平均聲壓級后，通過Lw=Lp+10lgS進(jìn)行轉(zhuǎn)換的。
對某一特定的工程，特別是空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)的噪控工程，很少重新設(shè)計消聲器的獨(dú)立結(jié)構(gòu)（除安裝結(jié)構(gòu)外），因為一般成熟的消聲器均都是系列化產(chǎn)品，較少對具本的工程重新設(shè)計某一消聲器。因此我們的主要工作是根據(jù)噪聲源的現(xiàn)場情況確定選用這些系列消聲器中的某一型號產(chǎn)品即可。
系列化消聲器的型號相當(dāng)多，主要針對聲源的聲學(xué)特性、空氣動力性能的不同特點(diǎn)進(jìn)行研發(fā)，其中最常見的空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)的消聲器、風(fēng)機(jī)消聲器系列等等。系列化消聲器即要有足夠的力學(xué)結(jié)構(gòu)性能，也要有合理的外形尺寸和體積大小。對它的評價與單個消聲器的評價指標(biāo)是相同的，即保證在最小的壓力損失的條件下，求得最大的消聲量，以確保聲源設(shè)備在安裝消聲器后的正常工作。
展開 2017年名人堂作品賞析：HENN GmbH & Co KG
HENN GmbH & Co KG
http://www.ansys.com/zh-cn/other/hall-of-fame/archive/2017/henn
對連接渦輪增壓器和汽車管路之間的消聲器開展流體、結(jié)構(gòu)和聲學(xué)分析而得到的合成圖像。著色的流線代表了速度、受壓或變形壁面以及聲壓級等值面。
問題:
HENN公司為汽車行業(yè)生產(chǎn)包含消聲器在內(nèi)的創(chuàng)新型連接技術(shù)。數(shù)值原型可用于加快研發(fā)流程，同時提高下列涉及多種物理場的關(guān)鍵應(yīng)用中的產(chǎn)品質(zhì)量：
封閉機(jī)制的強(qiáng)度和緊密度
流動變形和壓力損耗
聲傳輸損耗的定制功能
解決方案:
ANSYS Mechanical有限元結(jié)構(gòu)分析支持非線性摩擦接觸、硬化和超彈性材料定律，可用于計算連接機(jī)制在現(xiàn)實條件下的結(jié)構(gòu)變形、應(yīng)力和接觸壓力。ANSYS CFD分析可用于計算壓力損耗。得到的壓力場可被應(yīng)用到結(jié)構(gòu)模型上，以獲得結(jié)構(gòu)變形和應(yīng)力。使用聲傳輸損耗測量設(shè)置的參數(shù)化模型開展優(yōu)化，根據(jù)目標(biāo)傳輸損耗特征和尺寸縮減目標(biāo)生成定制設(shè)計。
商業(yè)利益:
ANSYS解決方案可幫助我們：
自動生成滿足特定傳輸損耗要求的定制消聲器設(shè)計，把設(shè)計時間從數(shù)周銳減至數(shù)天
動態(tài)減少原型數(shù)量，在降低研發(fā)成本的同時縮短研發(fā)周期
提高產(chǎn)品質(zhì)量并降低產(chǎn)品成本
使用的軟件:
ANSYS CFD
ANSYS Mechanical
ANSYS optiSlang
展開 消聲器流場分析
另外，結(jié)合軟件分析xiaoyinqi的流場和聲場，采集數(shù)據(jù)對其進(jìn)行設(shè)計優(yōu)化，成為降低壓縮機(jī)噪聲的有效途徑。
模型：
壓力場分布：
速度場分布：
小結(jié)：
壓力損失是描述xiaoyinqi綜合性能的一個重要指標(biāo)。在滿足降噪要求的同時，進(jìn)出口端的壓力損失越小越好。由Fluent軟件計算可看出，隨著壓縮機(jī)排量的增加，入口速度的提高，該xiaoyinqi進(jìn)出口端的壓力損失由212.69Pa增加到1573.43Pa，xiaoyinqi的效率降低。
氣體從進(jìn)口管出口處以射流的形式進(jìn)入，所以xiaoyinqi的一側(cè)面的所受壓力偏大。在消音腔內(nèi)，氣流會與腔內(nèi)流速較低的氣體混合，形成小范圍的旋渦，造成能量耗散和損失。隨后，氣體經(jīng)過消音腔的緩沖進(jìn)入排氣管，排出xiaoyinqi。總的來看，吸氣xiaoyinqi內(nèi)部的速度場比較均勻，對氣體在消聲器內(nèi)的流動影響不大。
展開 汽車消聲器連結(jié)法蘭盤沖壓成形工藝參數(shù)優(yōu)化
摘 要：選取了某企業(yè)生產(chǎn)的汽車消聲器連結(jié)法蘭盤零件為參數(shù)優(yōu)化對象。利用Dynaform軟件對零件沖壓過程進(jìn)行有限元數(shù)值模擬并記錄27組實驗數(shù)據(jù)。建立BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型并完成神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型的訓(xùn)練及測試，最后結(jié)合遺傳算法優(yōu)化工藝參數(shù)，得到最優(yōu)值的試驗條件為：壓邊力68kN,凸模圓角半徑12mm,摩擦系數(shù)0.12,凸凹模間隙2.5mm。經(jīng)過沖壓試驗，觀察該零件，成形質(zhì)量完好，孔口處未見明顯的開裂。將神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和遺傳算法相結(jié)合優(yōu)化法蘭盤沖壓成形工藝參數(shù)的方法尋優(yōu)范圍更大，獲取的最優(yōu)值也更加準(zhǔn)確。
關(guān)鍵詞：神經(jīng)網(wǎng)絡(luò);遺傳算法;參數(shù)優(yōu)化;法蘭盤;沖壓成形;
神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和遺傳算法相結(jié)合可以解決很多參數(shù)優(yōu)化類的問題，在機(jī)械行業(yè)的應(yīng)用也越來越廣泛。利用有限元軟件Dynaform對汽車消聲器連結(jié)法蘭盤的圓孔翻邊過程進(jìn)行模擬分析，影響其成形質(zhì)量的因素主要有凸模圓角半徑、壓邊力、摩擦系數(shù)和凸凹模間隙[1]。從理論上建立起成形質(zhì)量影響因素與試驗結(jié)果的對應(yīng)關(guān)系是非常復(fù)雜的，準(zhǔn)確描述兩者之間關(guān)系的數(shù)學(xué)模型是很難建立的。在這種情況下，利用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)可以逼近非線性函數(shù)的特點(diǎn)，首先進(jìn)行法蘭盤沖壓成形工藝參數(shù)對成形結(jié)果的預(yù)測，再結(jié)合遺傳算法尋找最優(yōu)的沖壓成形工藝參數(shù)。
工藝參數(shù)的優(yōu)化常采用的方法是對正交實驗獲得數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，選擇結(jié)果最好的實驗數(shù)據(jù)作為最優(yōu)的工藝參數(shù)。但是這種方法需要做大量的實驗，還要確保加工條件不能改變。目前關(guān)于沖壓工藝參數(shù)優(yōu)化的研究主要有：李雷等[2]利用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，對封頭成形工藝參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，得到質(zhì)量優(yōu)異的封頭構(gòu)件。王泌寶[3]依據(jù)Autoform有限元軟件得到實驗值，基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)擬合工藝參數(shù)與質(zhì)量參數(shù)之間的關(guān)系，并依據(jù)預(yù)測均方根誤差驗證了擬合的精確性。
展開 案例：消聲器聲學(xué)仿真
本例中，以白噪音作為聲源輸入，對消聲器進(jìn)行聲學(xué)仿真分析，計算獲得傳遞損失和插入損失。此外，模型中包含發(fā)動機(jī)時，可以使用外部麥克風(fēng)計算排氣口的輻射噪聲。
消聲器網(wǎng)格劃分 聲學(xué)有限元仿真
通過LMS virtual.lab 進(jìn)行傳遞損失計算
LMS Virtual Lab——AML法計算消聲器傳遞損失 ￥20
以往計算消聲器傳遞損失我們一般會用GT-power軟件和LMS Virtual Lab軟件，GT-power軟件優(yōu)點(diǎn)就是模型繪制方便，方案更改方便，計算周期短，缺點(diǎn)是800Hz以上計算精度差，且不適合計算不規(guī)則模型；LMS Virtual Lab軟件優(yōu)點(diǎn)是高頻率計算結(jié)果精度高，可計算不規(guī)則結(jié)構(gòu)，缺點(diǎn)是模型需要網(wǎng)格細(xì)化，計算周期長。
傳統(tǒng)法使用LMS Virtual Lab計算傳遞損失需要先計算消聲器進(jìn)出口聲壓，然后利用公式手動計算傳遞損失，步驟繁雜且需要對公式相當(dāng)熟悉，而AML法不需要設(shè)置復(fù)雜的公式，利用聲功率輸入，設(shè)置AML吸聲邊界即可自動計算聲功率傳遞損失，簡單方便，大大提高計算速度，下面我們來介紹這種方法的具體設(shè)置步驟。
1.打開LMS Virtual Lab軟件,選擇開始-Acoustics-Acoustics Harmonic FEM。
展開 
『原創(chuàng)』汽車排汽消聲器的實例文件＋補(bǔ)充面＋壓邊圈
馬老師，看看能行不？
exhaust002.SLDPRT
exhaust000.igs
exhaust000.rar
exhaust000.part1.rar
exhaust000.part2.rar
1小時學(xué)會LMS Virtual.lab計算消聲器傳遞損失
首先建立消聲器模型，并進(jìn)行聲學(xué)有限元網(wǎng)格化分
然后設(shè)置相關(guān)參數(shù)，出口入口單元，邊界條件等
得到聲壓級響應(yīng)云圖
最后得到傳遞損失曲線
LMS Virtual.Lab 11聲學(xué)視頻教程 第十課 AML計算消聲器傳聲損失
這一課將使用AML方法計算一消聲器的傳聲損失，使用AML屬性定義在管道的出口端不僅可以實現(xiàn)無反射邊界條件的定義，還能夠利用AML屬性進(jìn)行管口輻射噪聲分析，同時還能使用LMS Virtual.Lab 11中最新的利用AML屬性自動計算聲功率的方法，在Virtual.Lab中直接一鍵獲得正確的傳聲損失曲線。在本視頻教程中還講解了管道聲模態(tài)的定義，對于消聲器來說，通常入口和出口管都較小，聲波只能以平面波的方式進(jìn)行傳播（PS:在LMS Virtual.Lab中，（0，1）階管道聲模態(tài)即為平面波），所以在入口定義（0，1）階管道聲模態(tài)之后，就能夠得出正確的傳聲損失曲線；如果管口較大（例如通風(fēng)管道、艦船類消聲器，通常管徑都大于了最高頻率對應(yīng)波長的一半），則需要考慮高次波效應(yīng)，那么入口處就需要定義其它高階次的管道聲模態(tài)，這一點(diǎn)希望讀者舉一反三，引起注意。
本例文檔及視頻下載地址：http://pan.baidu.com/share/link?shareid=100963&uk=1560578551
注意：必須安裝視頻播放器才能播放WebEx的WRF視頻文件。
展開 LMS Virtual.Lab 11聲學(xué)視頻教程 第十課 AML計算消聲器傳聲損失
這一課將使用AML方法計算一消聲器的傳聲損失，使用AML屬性定義在管道的出口端不僅可以實現(xiàn)無反射邊界條件的定義，還能夠利用AML屬性進(jìn)行管口輻射噪聲分析，同時還能使用LMS Virtual.Lab 11中最新的利用AML屬性自動計算聲功率的方法，在Virtual.Lab中直接一鍵獲得正確的傳聲損失曲線。在本視頻教程中還講解了管道聲模態(tài)的定義，對于消聲器來說，通常入口和出口管都較小，聲波只能以平面波的方式進(jìn)行傳播（PS:在LMS Virtual.Lab中，（0，1）階管道聲模態(tài)即為平面波），所以在入口定義（0，1）階管道聲模態(tài)之后，就能夠得出正確的傳聲損失曲線；如果管口較大（例如通風(fēng)管道、艦船類消聲器，通常管徑都大于了最高頻率對應(yīng)波長的一半），則需要考慮高次波效應(yīng)，那么入口處就需要定義其它高階次的管道聲模態(tài)，這一點(diǎn)希望讀者舉一反三，引起注意。
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