消聲器設(shè)計(jì)參數(shù)的組合評(píng)估及正交優(yōu)化

呼大力

摘要：目前水污染、空氣污染以及噪音污染已經(jīng)嚴(yán)重阻礙了社會(huì)的發(fā)展，人們生活水平的提高，汽車的生產(chǎn)量也在逐年上升，汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的噪音給人們的生活帶來(lái)很大的干擾，為了減少排氣系統(tǒng)產(chǎn)生的噪音，開(kāi)始在汽車上安裝消音器。本文將介紹不同參數(shù)對(duì)消聲器的影響，分析消聲器的正交優(yōu)化設(shè)計(jì)。

關(guān)鍵詞：消聲器設(shè)計(jì)參數(shù)；組合評(píng)估；正交優(yōu)化

文章主要從參數(shù)對(duì)消聲器的影響及正交設(shè)計(jì)的相關(guān)內(nèi)容這兩方面內(nèi)容入手，消聲器設(shè)計(jì)中的參數(shù)主要有孔徑、穿孔管壁的厚度、進(jìn)氣管的長(zhǎng)度等等。正交設(shè)計(jì)依據(jù)正交實(shí)驗(yàn)來(lái)確定最終的參數(shù)，所以第二部分的內(nèi)容主要是介紹正交實(shí)驗(yàn)的相關(guān)內(nèi)容。

1.各種設(shè)計(jì)參數(shù)對(duì)消聲器的影響

（1）孔徑

消聲器的孔徑也會(huì)相應(yīng)到排氣系統(tǒng)的消音效果，在研究孔徑參數(shù)時(shí)應(yīng)該保持穿孔管管徑、進(jìn)氣管長(zhǎng)度以及排氣管長(zhǎng)度不變，按照不同的情況來(lái)改變孔徑參數(shù)。根據(jù)相關(guān)研究數(shù)據(jù)可以得出消聲器的傳遞損失也隨著孔徑的增加而增加，但是并不是說(shuō)大孔徑的消聲器的消音效果比較好，孔徑應(yīng)該控制在一定的范圍，這樣才能真正發(fā)揮消聲器的作用。

（2）穿孔管壁的厚度

穿孔共振的參數(shù)都會(huì)給排氣消聲器的功效造成影響，其中最明顯的就是穿孔管壁的厚度。消聲器的性能與穿孔管壁的厚度成反比，管壁厚度越大，傳遞損失就越小，聲波進(jìn)入穿孔中會(huì)消耗較多的能量。消聲器在設(shè)計(jì)的過(guò)程中會(huì)適當(dāng)?shù)販p小穿孔管壁的厚度，來(lái)提高消聲器的性能。

（3）進(jìn)氣管的長(zhǎng)度

消聲器的性能主要受到進(jìn)氣管插入長(zhǎng)度的影響，插入的長(zhǎng)度越長(zhǎng)，傳遞損失也越小。綜合相關(guān)數(shù)據(jù)的研究發(fā)現(xiàn)40毫米的插入長(zhǎng)度最為合適，大部分聲頻內(nèi)插入40毫米的進(jìn)氣管都會(huì)取得很好的消音效果。要想獲得最佳的消音效果，應(yīng)該將進(jìn)氣管的插入長(zhǎng)度確定為40毫米。

（4）排氣管的插入長(zhǎng)度

不同排氣管的插入長(zhǎng)度對(duì)消聲器的影響程度也不一樣，30毫米的插入長(zhǎng)度能夠消耗更多的能量，其他長(zhǎng)度的消音效果并沒(méi)有很大的區(qū)別。不同的排氣插入長(zhǎng)度在不同環(huán)境下的消音效果也有所不同，但是聲音在傳遞過(guò)程中損失的能力具有一定的規(guī)律。為了更好發(fā)揮消聲器的作用，一般會(huì)選擇30毫米的插入長(zhǎng)度。

2.消聲器正交優(yōu)化設(shè)計(jì)

2.1正交實(shí)驗(yàn)的優(yōu)劣勢(shì)以及基本步驟

(1)正交實(shí)驗(yàn)的優(yōu)劣勢(shì)

正交試驗(yàn)的優(yōu)勢(shì)是能夠利用部分實(shí)驗(yàn)得出最終的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，縮短了實(shí)驗(yàn)的時(shí)間。例如可以通過(guò)進(jìn)出口異軸對(duì)消聲器的影響對(duì)消聲器的結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，利用仿真技術(shù)得出實(shí)驗(yàn)結(jié)果，最終確定最優(yōu)的設(shè)計(jì)方案。這種實(shí)驗(yàn)方式相比較傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)而言，成本更低實(shí)驗(yàn)周期更短，還能對(duì)不同類型的發(fā)動(dòng)機(jī)以及噪音進(jìn)行分析，相應(yīng)調(diào)整消聲器的設(shè)計(jì)參數(shù)，保證設(shè)計(jì)的質(zhì)量。但是這種方式不能對(duì)所有的消音器實(shí)驗(yàn)方式進(jìn)行檢測(cè)，只能依靠部分實(shí)驗(yàn)結(jié)果來(lái)得出最后的設(shè)計(jì)方案。

(2)正交試驗(yàn)的基本步驟

正交設(shè)計(jì)首先需要對(duì)消聲器的各項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，只有根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果來(lái)確定最終的參數(shù)才能保證消聲器的質(zhì)量。這個(gè)表主要是實(shí)驗(yàn)消聲器的各項(xiàng)性能。

消聲器正交試驗(yàn)主要分為正交試驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)、正交試驗(yàn)方案的實(shí)施以及實(shí)驗(yàn)結(jié)果的驗(yàn)證。首先正交試驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)主要包括設(shè)計(jì)目的以及正交試驗(yàn)表的選擇，正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)之前一定要對(duì)消聲器的設(shè)計(jì)目的有明確的認(rèn)識(shí)，消聲器的噪聲特征一定要與發(fā)動(dòng)機(jī)的噪聲特征一致，根據(jù)消聲器的相關(guān)參數(shù)來(lái)確定實(shí)驗(yàn)的對(duì)象。根據(jù)消聲器的影響因素和水平來(lái)確定正交表，消聲器的影響因素和水平一定要與正交表一致；其次是消聲器正交試驗(yàn)一定要嚴(yán)格按照正交表上的實(shí)驗(yàn)進(jìn)行，通過(guò)實(shí)驗(yàn)得出傳遞損失和功率損失，在實(shí)驗(yàn)中應(yīng)該及時(shí)將實(shí)驗(yàn)得出的結(jié)果填寫到正交表上，為下階段的結(jié)果驗(yàn)證提供依據(jù)；最后是正交試驗(yàn)結(jié)果的分析，分析方式可以分為計(jì)算分析和直接分析兩種，計(jì)算分析能夠?qū)ο暺鞯挠绊懸蛩剡M(jìn)行排序，確定消聲器的設(shè)計(jì)方案，各因素對(duì)消聲器性能的影響程度，最后找到各影響因素的關(guān)系以及變化規(guī)律，計(jì)算分析方式能夠保證仿真實(shí)驗(yàn)與物理實(shí)驗(yàn)結(jié)果的一致性。直接分析法可以對(duì)仿真實(shí)驗(yàn)與物理實(shí)驗(yàn)的結(jié)果進(jìn)行分析和研究，得出消聲器指標(biāo)的優(yōu)劣勢(shì)，還能將聲音特征與空氣動(dòng)力指標(biāo)結(jié)合在一起，最終確定優(yōu)化設(shè)計(jì)方案。

2.2 設(shè)計(jì)參數(shù)的確定

汽車排氣消聲器主要受到旁邊腔、雙層管外管直徑以及雙層管外管穿孔的直徑等等，在設(shè)計(jì)消聲器之前，應(yīng)該這些因素進(jìn)行分析和研究，根據(jù)分析的結(jié)果進(jìn)行正交實(shí)驗(yàn)確定最優(yōu)的設(shè)計(jì)方案。旁邊腔結(jié)構(gòu)和雙層管外管穿孔直徑對(duì)消聲器的影響不是特別大，在正交實(shí)驗(yàn)中可以忽略，如果有需要可以直接加入到實(shí)驗(yàn)中。進(jìn)出口異軸結(jié)構(gòu)可以減少消聲器在汽車底盤占據(jù)的控制，而且能夠很好控制低頻與中頻的噪音。所以為了保證正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果的科學(xué)性，將進(jìn)出口異軸、雙層管外管穿孔率、雙層管外管直徑以及雙層管外管穿孔直徑作為實(shí)驗(yàn)的主要參數(shù)，不同長(zhǎng)度的進(jìn)出口異軸，對(duì)于雙層管外管穿孔率的影響，了解四種不同參數(shù)之間的關(guān)系，根據(jù)最后的實(shí)驗(yàn)結(jié)果制定相應(yīng)的設(shè)計(jì)方案。

2.3發(fā)動(dòng)機(jī)和消聲器的耦合設(shè)計(jì)

發(fā)動(dòng)機(jī)消聲器的耦合設(shè)計(jì)中考慮的不僅僅是消聲器的性能，還需要考慮發(fā)動(dòng)機(jī)的功率耗損、插入耗損、排氣差等等，根據(jù)這些因素來(lái)確定正交實(shí)驗(yàn)，這樣才能保證設(shè)計(jì)的科學(xué)合理。將之前制定的消聲器設(shè)計(jì)方案與汽車的發(fā)動(dòng)機(jī)模型進(jìn)行耦合設(shè)計(jì)，計(jì)算實(shí)驗(yàn)得出的結(jié)果。不同的消聲器設(shè)計(jì)方案對(duì)于發(fā)動(dòng)機(jī)的影響也有區(qū)別，仿真實(shí)驗(yàn)得出的結(jié)果主要是發(fā)動(dòng)機(jī)的限定功率以及限定轉(zhuǎn)速得來(lái)，在確定最佳的方案時(shí)會(huì)采用計(jì)算分析和直接分析兩種，兩種不用的分析方式具有自己各自的優(yōu)勢(shì)，在發(fā)動(dòng)機(jī)消聲器耦合設(shè)計(jì)中，直接分析的方式確定的優(yōu)化方案的消聲效果更好。

3.總結(jié)

綜上所述，為了保證設(shè)計(jì)方案的科學(xué)性和合理性，在確定設(shè)計(jì)參數(shù)的組合之前應(yīng)該進(jìn)行相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)，正交優(yōu)化能夠大大減少仿真實(shí)驗(yàn)的次數(shù)，最短的時(shí)間內(nèi)確定最優(yōu)的參數(shù)組合。設(shè)計(jì)參數(shù)組合的質(zhì)量得到保證才能保證消聲器的功效，將排氣系統(tǒng)制造的噪音控制在合適的范圍，為汽車行業(yè)今后的發(fā)展創(chuàng)造有利的條件。

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