摘 要

自2010年以来，我国汽车产业的发展势头迅猛，随汽车数量猛增的负面效果也不断显现出来了，汽车噪声就是非常重要的一点。随着人们对于美好生活要求不断提高，汽车噪声作为城市生活的一大公害越来越得到了人们的关注，因此对于排气消声器的消声性能提出了越来越高的要求。

本文以比较不同壳体类型的排气消声器的消声效果为目的，进行了椭圆柱形、圆柱形和不规则体三种壳体类型的消声器的建模仿真。首先根据发动机的数据确定了消声器的容积，然后根据实际情况确定了三种壳体的具体数据，最后使用UG进行壳体模型的构建。根据企业中已有的相应的消声器，设计出消声器的内部结构，并在GEM3D中构建出来。将消声器模型导入GT_Suite中，进行传递损失模型的建模和仿真，最终得到三种传递损失图。经过比较，可以看出椭圆柱形消声器在低中高频的消声效果表现优异，而不规则体消声器在低频领域上升快，稍优于其他两种，但是中频的消声效果差。圆柱形消声器则表现的比较中庸。

受消声器快速设计这一课题的影响，本文改动了穿孔数量和穿孔半径，得到了三种消声器的传递损失变化图。经过观察，在低频领域，改变穿孔数量一般对消声器的传递损失影响不大；在中高频领域，传递损失随着穿孔数量的增加而减小，改变穿孔数量对于椭圆柱形消声器影响最大。在中高频领域穿孔直径增大，传递损失会先变小后变大，在低频领域影响不是很大。而且改变穿孔直径对椭圆柱消声器的传递损失影响最大。

本文对于消声器壳体的选择有所帮助，对于快速设计做了一定的研究。

关键词:排气消声器，传递损失，壳体，穿孔结构

ABSTRACT

Since 2010, the development momentum of China's auto industry has been swift and violent, and the negative effects of the rapid increase in the number of autos have come. Car noise has become a very important point. As people's demands for a better life improving, car noise as a major public hazard in urban life, is getting more and more attention. Therefore, higher and higher requirements are raised on the performance of exhaust mufflers.

This article aims at comparing the silencing effects of exhaust mufflers with different shell types, and simulates the muffler with three shell types: elliptic cylindrical, cylindrical and irregular.

First, according to the data of the engine, the volume of the muffler is determined, and then the specific data of the three kinds of shells are determined according to the actual conditions. Finally, the shell model is constructed using UG. According to the existing mufflers in the company, the internal structure of the muffler is designed and built in GEM3D. The muffler model was imported into GT_Suite, the transfer loss model was built, and finally three transfer loss maps were obtained.

After comparison, it can be seen that the elliptic cylindrical muffler performs well in the low-medium high-frequency muffler effect, and the irregular body muffler rises faster in the low-frequency area, slightly better than the other two, but the mid-frequency muffler effect is poor. Cylindrical mufflers are moderate.

Affected by the rapid design of mufflers, the number of perforations and the radius of perforation are changed in this article, and the transmission losses of three types of mufflers are obtained. After observation, in the low-frequency area, changing the number of perforations generally has little effect on the transmission loss of the muffler; in the middle-high frequency field, the transmission loss decreases with the increase in the number of perforations, and changing the number of perforations has the greatest impact on the elliptic cylindrical muffler. In the middle and high frequency area, the diameter of the perforation increases, and the transmission loss will become smaller and larger afterwards, and the influence in the low frequency area is not great. And changing the diameter of the perforation has the greatest effect on the transmission loss of the elliptic cylindrical muffler.

This article helps with the selection of muffler housings and does some research on rapid design.

Key words: Exhaust muffler, transmission loss, shell, perforated structure

目录

摘要 I

ABSTRACT II

目录 III

1.绪论 1

1.1课题研究的背景和意义 1

1.1.1噪声控制的意义 1

1.1.2排气噪声的产生 2

1.2消声器研究的国内外现状 2

1.2.1消声器的设计方法和性能改进 2

1.2.2消声器的使用材料 3

1.3本文的研究内容 3

2.排气消声器的原理 4

2.1排气消声器的设计要求 4

2.2排气消声器的结构形式 4

2.2.1三通穿孔管消声器 4

2.2.2阻性消声器 5

2.2.3阻抗复合式消声器 5

2.3排气消声器的评价指标 5

2.3.1插入损失 5

2.3.2减噪量 6

2.3.2传递损失 6

2.4本章小结 6

3.消声器的设计与建模仿真 7

3.1消声器的设计 7

3.1.1消声器的容积 7

3.1.2消声器的壳体设计 7

3.1.3消声器的内部结构 8

3.2消声器的壳体建模 9

3.3内部结构建模及传递损失仿真 10

3.3.1软件的介绍 10

3.3.2内部结构的建模 10

3.3.3传递损失的建模与仿真 11

3.4三种壳体类型消声器传递损失的分析 15

3.5本章小结 16

4.消声器内部结构参数 17

4.1穿孔数量 17

4.2穿孔直径 19

4.2结论和原因 22

4.3本章小结 22

5.总结与展望 23

参考文献 24

致谢 25

1.绪论

自从进入二十一世纪以，我国汽车行业可以说是跨上了发展的高速公路，根据2017年年底的统计年表的数据，我国目前的机动车总量已经超过了3.10亿辆大关^[1]。汽车保有量突破了100万辆的城市国内有53个，保有量突破了200万辆的有24个城市，保有量突破了300万辆有7个城市，分别是北京、苏州、深圳、郑州、上海、重庆和成都。在这其中北京的汽车保有量已经突破了500万辆。汽车总量在整个机动车总量中所占的比例有了显著的提高，已经上升到了70.17%，数量超过了2.17亿辆。这与几年前的各类车辆的占比结构相比已经发生了很大的变化，汽车如今已经占据了主体的地位，我国已经成为了名副其实的汽车大国^[2]。汽车行业的国家标准与行业标准不断提高，从国四到国五到国六，与之同时的汽车行业的相关法律法规不断制定和完善。而且随着人们的生活水平的不断改善，人们追求美好生活的愿望对汽车的各项指标提出了各种严格的要求。汽车所带来的交通噪声已经成为了城市生活的一个不小的危害因素，因此对汽车消声器的消声性能的要求也不断水涨船高。

1.1课题研究的背景和意义

1.1.1噪声控制的意义

噪声对人类在生理、心理和社会各方面都有影响。长时间工作和生活在高噪声环境中会危害人体健康，即使是低噪音也会干扰人们的正常活动。噪音会引起各种疾病。首先是对听觉器官的损害。噪音对听力的影响与其声压级，频率和作用时间有关。影响轻微可能会造成暂时的听力损失，这也就是说，从强噪声环境到相对安静的地方需要一段时间恢复。严重时会导致耳聋。根据国际数据，当噪声水平为90dB时，会有21％的耳聋概率，100dB时可达40％。噪声还会破坏神经、心脏、消化系统的平衡，具体症状表现为头晕、头痛、失眠、心跳加速、血压升高、呕吐等。据有关资料调查，长期在95dB以上噪声环境中生活的人，其中将有10%会患上神经衰弱、精神病等疾病，并且会使血压升高。噪声还会破坏人们正常工作和休息，90dB以上，频率高于1000Hz的噪声会产生明显的影响，产生疲劳、睡眠不良和工作效率下降等症状。试验和调查表明：声压级40-45dB时，就会影响正常睡眠，影响程度达10%-20%。达到60dB时，工作效率严重下降。声压级75dB时，在距0.3m远，正常谈话就有困难^[3-4]。

在噪声污染中，有很大一部分是汽车产生的交通噪声。随着城市中汽车保有量的增多，汽车噪声对人们生活产生了很大影响，这一点已经引起了国家的高度重视。2002年国家新的汽车噪声标准公布（GB1495-2002），从2005年起将中国汽车噪声标准提高到一个新的高度，将其限值固定在74dB，这就对中国汽车的噪声排放带来了不小的挑战^[5]。在汽车噪声中，汽车的排气噪声是主要的噪声源之一，占到了汽车整体的辐射噪声的很大的一个比重，高达36%。因此如果要降低汽车噪声，那么降低汽车的排气噪声是不可或缺的途径。目前看来，降低排气噪声的最为之有效的方法是安装排气消声器。然而消声作为一个阻碍声传播允许气流通过的降噪装置，在降低噪声的同时也增加了排气阻力，从而对汽车的经济性和动力性产生了影响，造成发动机功率的损失。一般消声器的功率损失在3%到7%之间，一个优秀的排气消声器会在功率损失和消除噪声方面做到兼顾。

1.1.2排气噪声的产生

在燃烧和排气的过程中，发动机会产生强烈噪声，是汽车主要的噪声源。排气系统的噪声可分为两类，即气动噪声和结构辐射噪声。

排气系统的气体动力噪声（即排气噪声）是车辆的主要噪声，其主要成分包括排气压力脉动噪声、涡流噪声、冲击噪声、气柱共振噪声等。排气压力噪声是由气缸排气阀喷射的高压气体与排气阀后面的气体冲击，产生的压力波激励发出的噪声；涡流噪声是由高速气流通过排气门和排气道时产生的;冲击噪声是因为排气管道内的不稳定气流对管道产生冲击形成的；气柱共振噪声是由气缸容积与排气管组成的共振系统所产生的。这些噪声沿着排气管道向外传播，由尾管管口向外界辐射形成管口辐射噪声。内燃机排气噪声的频谱主要呈现低频特性，但是中、高频噪声也有一定的强度。排气噪声的强度与内燃机的排量、输出功率、扭矩、平均有效压力等参数有关，随着转速和平均有效压力的提高，排气系统内气流速度增大，排气量增加，排气噪声也增大。

降低排气噪声最有效的方法就是安装消声器，这是目前普遍采用的方法。

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