ANSYS在抗性消声器分析中的应用

　　随着汽车工业的发展,降低噪声的标准也越来越高·目前降低发动机排气噪声最有效的途径就是安装消声器·消声器的设计方法主要有声传递矩阵法和有限元法·目前声传递矩阵法的使用范围仍限于一维平面波传播,无法考虑高次模式波效应·由于实际的排气消声器一般具有复杂的结构,其内部的声波本质上是三维的,这时的一维理论便不再适用,而应采用更加精确的二维(或三维)理论[1]来进行分析·有限元分析方法是根据变分原则求解数学物理问题的一种数值方法,适应性强,是分析复杂形状系统动态特性的有力武器·因此具有自身独特的优越性·

　　作者从实际情况出发,对一抗性消声器作了一些合理的假设,建立了该消声器的数学模型,然后充分利用ANSYS[2]软件强大的前、后处理功能,建立了消声器的有限元模型·在此模型基础上,在消声器的入口端施加声压载荷,求得该消声器出口端的声压,进而求得该消声器的传递损失·

　　1　数学模型的建立

　　1·1　基本假设

　　在不改变问题性质的前提下,作如下假设[1]:

　　(1)媒质为理想流体·即媒质不存在粘滞性,声波在其传播时没有能量的损耗,流体没有扰动和紊流·

　　(2)媒质中传播的是小振幅声波·即压强的变化和静态量相比是一个很小的量·这样,声波在消声器内的传播规律可以线性化的波动方程来描述·

　　(3)声传播是一个绝热过程·

　　(4)媒质的静态压强p0和静态密度ρ0都是常数·

　　1·2　数学模型[3]

　　图1所示为轴对称抗性消声器·

式中 ———二维拉普拉斯算符

　　k———波数,k=ω/c

　　ω———为圆频率

　　c———声传播速度

　　p———声压

　　消声器的传递损失[4](TL)在消声器的进出口面积相等时的计算公式

式中p1———入射声压

　　p2———透射声压

　　考虑到消声器的入口声压和出口声压的比值,故在不失普遍性的前提下,为方便起见,令入口端的声压为pi=1·考虑到在入口截面:p1=pi+pr;在出口截面:p2=pt.这样有:v1=(2 -p1)/ρc,v2=p2/ρc·其中pi、pr分别为入口端入射声波和反射声波的声压;pt为出口端透射声压;v1、v2分别为消声器入口处和出口处的声速度;ρ为声传播媒质的密度·

　　声传播的运动方程和连续性方程具有形式: