近些年来，我国机动车产业蓬勃发展，机动车的生产量和保有量也逐年上涨，在给我们生活带来便捷的同时其噪音问题也日益凸显。噪声不仅影响我们的驾驶体验，长期处于噪声环境下对人们的身体健康和心理健康也有较大的危害，因此国家也出台了一系列严格的环境噪音防治法规来保障人们拥有良好的生活环境与身心健康。发动机排气噪声是机动车的主要噪声源，降低发动机排气噪音最简单、有效的方法就是安装排气消声器。因此，开发结构可靠、消声性能良好、价格低廉的排气消声系统成为企业的重要任务之一。

传统的消声器设计是基于经验和试验相结合的方法，这种方式设计周期长，精度低，成本高，同时在设计时常常不能将消声器性能与发动机性能结合起来考虑，因此匹配度偏低。随着计算机技术的发展，应用GT-Power等软件对消声器进行仿真分析，可以较为准确的发现各结构参数对消声器消声性能的影响，为消声器的开发设计开辟了新的途径。本次毕业设计将在理论基础和实际应用上完成排气系统的性能仿真和消声器的优化设计研究。

在国内，许多高校学者和汽车行业从业者在消声器的研究方面做出了很多贡献，肖生浩等^[1]通过排气系统的结构设计对阶次噪声频谱特性进行调教，来实现加速排气噪声运动感品质的提升。马心担等^[2]运用传递矩阵方法和Sysnoise软件对消声器模型进行仿真分析，从而确定简单扩张腔式消声器在不同结构参数下的扩张比和扩张腔长度对传递损失的影响。刘诗嘉等^[3]在消声器的正向开发中，对消声器容积、管道的内径以及扩张比进行讨论与确认，从而对消声器的结构进行设计。王林凤等^[4]运用Fluent进行消声器空气动力学性能仿真分析，发现消声器隔板穿孔孔径的大小对消声器的压力损失的影响规律。黄进^[5]利用GT-Power分析某款轿车未达标频率段与消声器的传递损失，并对前后消声器进行结构上的改进。才明嵩等^[6]按照试验设计(DoE)流程，对发动机消声器进行结构研究，根据试验方案设计建立数学模型，进行拟合度验证，然后优化得到最优设计方案。侯献军等^[7]根据一维平面波理论及半经验和经验公式初步对消声器进行结构设计，通过GT-Power仿真分析比较各模型的插入损失和压力损失，再对性能最佳的消声器模型进行进一步的优化设计。张利等^[8] 基于GT-Power软件的声学模块对某轿车排气消声器进行设计与优化，在满足排气压力损失的情况下，消除车内共鸣音，降低尾管怠速噪声，同时满足NVH噪声性能指标。文献[9~12]均采用GT-Power软件模拟分析消声器的插入损失和压力损失，依据消声器传递损失曲线与插入损失曲线，提出消声器结构优化方案，对消声器的设计与优化起到指导作用。

国外的很多学者也在发动机消声器的优化设计研究方面起着关键性作用，Shital Shah 等^[13]介绍了一种对消声器进行设计、开发和测试的实用方法，可以缩短产品开发周期和检验时间，还重点介绍如何利用现代CAE工具优化整个系统设计以平衡噪音和背压两方面要求。Sanjoy Biswas 等^[14]通过研究消声器插入损失来设计一种新型的混合式消声器并分析主要设计参数对消声器消声效果的影响。Sifa Zheng等^[15]开发了一种混合一维/三维的方法进行消声器与发动机匹配的声学模拟来计算消声器的插入损失。

本文吸收国内外学者的研究经验，综合运用现代计算机工具，对单缸汽油机消声器进行设计分析，改进其结构参数，达到优化目的。

2. 研究的基本内容与方案

通过校内图书馆和网络数据库，查阅相关文献资料，在老师的指导下，利用GT-SUITE软件建立单缸汽油机和消声器的耦合仿真模型，完成排气系统的性能仿真和消声器的优化设计研究。在设计过程中，通过了解不同类型消声器的消声原理和结构特点，根据经验公式，在原始结构方案的基础上，提出优化方案，利用GT-Power软件对设计模型进行仿真分析比较各个模型的传递损失，确定最佳结构方案。基本内容如下：

（1）了解国内外发动机消声器研究的进展与技术方法，掌握排气消声器相关声学理论知识、消声原理和消声器结构优化措施，为发动机和消声器的仿真分析打好理论基础。

（2）学习GT-Power仿真分析软件，能够使用GT-Power软件建立单缸汽油机模型，并熟练掌握发动机工作原理和工作性能仿真过程。学会使用GEM3D建立消声器的3D模型并进行离散化处理。

（3）把消声器模型与发动机模型进行耦合标定，并对耦合模型进行仿真分析，完成原始消声器声学分析。

（4）典型消声器规律性研究，包括消声器隔板、内插管、扩张比、腔室容积等结构参数对消声器性能的影响。选定最佳参数，提出优化方案。分析此种消声器结构的合理性以及可能出现的问题，并提出改进意见。