来宾博客作者Linus Fagerberg来自设计的轻度返回以共享一种新颖的方法来预测消音器设计中的外部噪声。
近年来，欧盟引入了公路车辆的更严格的噪声排放限制。对于那些设计消声器的人，这些限制使得创建更有效的方法来开发和评估其设计性能非常重要。在设计时，我们开发了一种实现这一目标的新颖方法。
以先前的消音器模型为基础
A2016年博客文章通过在ComsolMultiphysics®软件中使用汽车消声器几何形状，说明了在纯声学模型中加入结构效应的影响。比较了用纯压声学模型的消音器的预测传输损失的影响与多物理模型进行了比较。
图1.具有完美匹配的层的声学域中包含的消音器模型。
设计的轻度已扩展了消音器模型的原声结构耦合，以评估消音器进入周围气氛的声音泄漏。为了促进这种评估，添加了半径为0.35 m且长度为1.4 m的气缸形声域以包含消音器，将域的中心放在消声器的中心（如图1所示）。厚度为50毫米的外部域层实现了完美匹配的层（PML）的定义，该层代表不反射条件。
在ComsolMultiphysics®中建模消音器设计
消音器的几何形状相似是从先前的研究中保留的，并且还保留了应用于消音器几何形状的材料特性。因此，如下图所示，将通过声学域的挤出入口和出口管道截面的表面建模为声音硬边界。A平面波辐射在管道的两端都施加边界条件，并在消音器的入口面上施加1 PA入射平面波。有关视觉描述，请参见图2。
图2.显示了应用边界条件的消音器模型。
在20°C的环境温度下，用空气的声学特性对声学结构域进行建模。这些特性与消音器体积内空气的声学特性相同。
这平面波辐射条件引入了任何传出压力波的人工阻尼（以最大程度地减少反射），从而复制无限制或“无限”管道。在先前的研究中定义并应用于消音器几何形状的相同的网格大小设置被应用于此处感兴趣的消音器和声学域。外部PML区域通过厚度扫除了六个元素。声学壳多物理耦合的设置与先前研究中的设置相似。
定义传输损失
传输损失是衡量消音器性能的大量数量。传输损失，TL，从消音器入口到消音器出口，在先前的研究中被定义为：
在哪里p在是消音器入口的声音和p出去是消音器出口的声学力量。
对于手头的模型，不仅从消音器入口到感兴趣的消声器出口的传输损失，而且从消声器入口到声学结构域的边界的传输损失对于评估也很重要（图3表示这些边界）。后者提供了一种方法，可以通过数值评估从消声器到周围气氛的声音泄漏。通过在外部物理表面（PML的内部）中整合声强度，可以找到辐射功率。
图3.消音器模型和声学域。显示了传输损失计算中包含的边界。
比较消音器中传输损失的仿真结果
对手头模型进行了10至750 Hz频率范围和1 mm的壳厚度的谐波分析。下面的图4包含先前研究（虚线橙线和虚线线）的传输损失曲线以及本研究中计算的传输损失曲线（实心橙色线）。
图4.从消音器入口到出口的传输损失，壳厚度为1 mm。
正如预期的那样，虚线的灰色曲线与实心橙色曲线很好地吻合。较小的差异是预期的，并源于壳两侧的空气。从消音器入口到消音器出口的传输损失是计算出来的，两种模型之间的唯一区别是包含声学域。这表明与周围空气域的耦合本质上是一种方式。消音器上的外部空气负荷不会显着影响传输损失。如果外部声学结构域更稳固或更重，则其对传输损失的影响将更加重要。图5显示了本研究中计算出的两种类型的传输损失。
图5.与从消音器入口到声学域边界的传输损失相比，从消音器入口到出口的传输损失。
有趣的是，在10 Hz的最低计算频率下，消音器入口到声学边界的传输损耗曲线（实心灰色曲线）具有其传输损耗的峰值。它在低频范围以下的低频范围内仍具有高传输损失。这意味着在此频率范围内，在该区域中，声音泄漏到周围的域中比其余的计算频率范围要低。
但是，从图5所示的实心橙色曲线来看，可以注意到，消音器的性能在100 Hz以下的范围内较弱，相对于计算出的其余范围的传输损失非常低。这表明声音在消声器中通过消声器而没有太多的消声器衰减，而不会过度刺激消音器的外壳。这会导致向周围域的声音发射非常低。
在172 Hz和342 Hz处发现了灰色曲线中的尖锐凹陷，在先前的研究中，壳本征素数在其中。因此，在这些频率下，更多的声音会传输到周围域，尤其是在342 Hz的模式下（固体灰曲线显示出比实心橙色曲线较低的传输损耗）。这实际上表明，与通过消音器出口相比，周围的声学域发出更多的声音。
实心灰曲线中的第三个值得注意的倾角在386 Hz，在先前的研究中发现了声学本征。有趣的是，在386 Hz时，从消音器入口到消音器出口几乎没有传输损失。橙色曲线倾斜靠近y= 0轴，但是在386 Hz处的灰色曲线中的传输损失仍在342 Hz的位置上方。这意味着386 Hz处的声学模式是一种共鸣模式，空气体积在消音器腔中来回移动，而没有显着刺激消音器壳或导致高声发射到周围附近。
当专注于固体灰曲线（在172 Hz和386 Hz时）中的两个低倾角时，可以更好地了解这两个特征模式如何影响从消声器辐射的声音，因此，为声音压力水平（SPL）的等值片图（SPL）的一半片段创建了一半的声学域，并在图6中显示的一半。
图6.在172 Hz（左）和386 Hz（右）下计算模型的表面和体积图。
左侧的图在172 Hz处的壳模式中具有绘制的消音器壳的总位移，并与声学域的SPL的等音表面一起绘制。在172 Hz处的最大壳位移均在消音器腔的两个短端发生，从z-轴。另一方面，右侧的图具有伴随着在386 Hz的消音器内部的空气中的声图中的spl的等音表面。显然，消音器体积中包含的空气正在来回移动，形成了常规波浪。消音器内部的直立波创造了声音发射不平的声音发射到周围z- 轴，由于较高的SPL在消声器的右端存在。
一项本征频研究仅在特征模式存在的频率下进行。确定在特定本征模中结构的响应，消音器体积中的空气在特征频率的频率上或声音和壳模式的相互作用需要进行谐波分析，从而产生传输损失曲线。从消音器入口到本研究中获得的消音器出口的传输损失以及先前的研究能够满足这一需求。此外，新定义的从消音器入口到声学域边界的传输损失通过预测泄漏到周围气氛中的声音来改善人们对消声器性能的理解。
关于预测消音器设计的声音排放的想法
这里的调查通过将消音器模型耦合到周围的声学领域，从以前的博客文章进行了调查。它还表征了一个新数量来评估消音器的性能，即从消音器入口到周围气氛的传输损失。此处描述的新技术使消声器设计师能够更好地预测外部噪声的产生，因此可以满足强制性的噪声排放标准。
在即将发布的博客文章中，该模型将用于评估壳厚度如何影响消声器的性能。敬请关注！
请注意，除了简单地改变壳厚度外，还可以以其他方式进行壳式分析。可以通过将壳的拓扑浮雕与原始消声器几何形状进行比较，然后将壳壳的性能更改，然后将壳的拓扑塑造通过更改外壳的拓扑来完成。
关于客人作家
Linus Fagerberg来自设计的轻度是经验丰富的顾问，从事模拟支持的产品开发。他拥有KTH皇家技术学院的博士学位，并专门研究复合材料，稳定性和优化的结构力学。Linus认为，数值模拟是持续提供高质量产品，提高性能并减轻风险的绝佳工具。乐动体育app无法登录Design Lightness是位于瑞典斯德哥尔摩的Comsol认证顾问。
评论（0）