抗性消声器插入损失的有限元法的探讨_位佳

式中：p1 、p2 、p3 —消声器两端沿轴线方向的三个等距离点处的声 压；S—消声器进出口管的面积；h—相邻两点间的距离。
器入口处的声源阻抗率为 ρc，则当知道了消声器系统的四
利用 MATLAB 软件编制程序，由上述公式求出四端子网络参
端子参数后，该消声器的插入损失可用（2）式计算：
IL=10lg W′ =20lg W
声压 P1=1，还必须在出口端加载声压边界条件 P2=1；求解四端子
图 1 消声器内部声压分布
内燃机排气消声器的一个简化的系统模型，如图 2 所示。在
计算插入损失时，必须要将消声器和连接管一同考虑。
声源
连接管
消声器
图 2 消声器系统简化模型
可以有两种方法计算得到消声器系统的四端子参数，方法 1
是直接建立消声器和连接管在在一起的有限元模型，然后用有限
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中图分类号：TH16，TK402，TK413.4+7 文献标识码：A
1 引言
评价消声器声学性能常用的指标有插入损失和传递损失。 消声器的插入损失与实际情况比较一致，其测量也比较容易，但
算的传递损失和插入损失都将产生较大的误差。 用四端子网络法与有限元相结合的方法（简称四端子法，下
关键词：四端子网络；有限元法；抗性消声器；插入损失 【Abstract】As a main evaluation indicators of muffler，the advantage of insertion loss is intuit and utility.However，the insertion loss often depends on not only the performance of muffler itself, but also is related to the performance of the whole system device.Insertion loss is more closer to the actual in muffler performance prediction than transmission loss.Insertion loss of the reactive muffler with connection pipe is computed by applying four -parameter method and finite element method，which indicates that there are defects for one- dimensional wave theory in terms of muffler performance.Therefore an experimental model for simple muffler insertion loss measuring is established，and then the insertion loss of muffler is obtained through applying direct simulation method.The results show that insertion loss of muffler with connection pipe obtained by calculation of four-parameter method is coincidence with that by direct simulation. Key words：Four-parameter；Finite element method；Reactive muffler；Insertion loss
第9期
机械设计与制造
2011 年 9 月
Machinery Design ＆ Manufacture
35
文章编号：1001-3997（2011）09-0035-03
抗性消声器插入损失的有限元法的探讨 *
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文同）对扩张式消声器的插入损失进行计算，同时按管道消声器
由于进出口端的声阻抗不容易确定，所以理论计算误差较大。另 无气流状态下插入损失测量方法，建立了消声器插入损失有限元
外，当频率较高时，由于扩张室内高次波的存在，用平面波理论计 法仿真数值试验模型，得出消声器加连接管的系统插入损失曲
＊来稿日期：2010-11-18 ＊基金项目：江苏省汽车重点实验室开放基金资助项目（QC200803）
尺寸较小，只要对现有转子略加改造，即可安装在转子上。应当说
论文］. 杭州：浙江大学，1993.
明，在现有技术条件下，制造大尺寸的压电陶瓷环片是有困难的， ［4］Van De Vegte.Balancing of lexible rotors during operation［J］.J.Mech.
相信随着技术的进步，这一制约该设计推广应用的问题很快会得
因，由平面波方程获得的四端子参数不再符合实际情况。为了克
服这些问题，采用四端子网络法与有限元方法相结合的处理方
式，即可用 ANSYS 软件建立模型求得整个消声器的四端子参数，
然后根据公式（2）计算消声器的插入损失，由四端子参数的定义
可知[2]：
2 2 A=
P1 P2
—断开传递系数
U2 =0
（5）
2 2 B=
完全消除平衡装置自身各个传动部件之间的间隙，可有效防止由
Initial Feasibility Study［J］.J.of Engineering for Gas Turbines and Power， 1989：111（4）：659-665.
此产生的不平衡。由于采用了这种独特的驱动方式，装置的轴向 ［3］王宇.用单个喷射式平衡头实现挠性转子在线动平衡［D］：［硕士学位
P1=
U1 P2
—断开传递导纳
U2 =0
（7）
2 2 D=
U1 U2
—短路传递系数
P2 =0
（8）
四端子参数 A，B，C，D 配合 ANSYS 进行求解，需注意求解
四端子参数 A、B、C、D 所包含的特有的边界条件：
P2=0 B、D 时的力学边界条件 U2=0 A、C 时的运动学边界条件 为此，在求四端子参数 B、D 时，除了在消声器的入口端加载
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位 佳等：抗性消声器插入损失的有限元法的探讨
第9期
线，并与四端子法进行比较，取得了比较一致的良好效果。
参数 A、C 时，则只需在消声器的入口端加载声压 P1=1 即可。为求
2 消声器性能的评价
U1，U2，先求出消声器进出口处三个等距离点的声压，再根据式
对消声器性能的评价指标通常有两种：传递损失和插入损失。 （9）和（10）求出消声器两端的体积速度[3]：
2 22 22 2 A B A1 B1 A2 B2
C D C1 D1 C2 D2
（11）
由子矩阵相乘的方法计算得到的简单消声器和连接管组成
的系统的四端子参数，如图 3 所示。
A 20
四端子参数 A
0
-20
-40
-60
0
1000
2000
3000
4000
频率/Hz
No.9 Sep.2011
5 ×106
式中：A、B、C、D 和 A′、B′、C′、D′—带有消声器和用等长度直管替 代消声器后的四端子参数；ρ—介质密度；c—声速；Zr —管
知在 3000Hz 时进出口管中的声波仍保持平面波，而扩张室内已不 再是平面波。
口辐射阻抗率，当 kα<0.6 时，Zr 可按下面的近似公式计算。
Zr
=ρc（kα）2 4
Engng .Sci，1981，23（3）：257-261．
以解决。
［5］陈永校，郭吉丰.超声波电动机［M］.杭州:浙江大学出版社，1994.
参考文献
［6］范宁.压电原件驱动的转子在线动平衡装置研究［D］：［硕士学位论文］.沈
［1］白木万博，神吉博，中根秀彦.大型汽轮机转子的现场自动平衡［J］.三
阳：沈阳化工学院，2006.
插入损失定义为配装消声器前后，通过排气口辐射声功率级之差。
IL=L1-L2
（1）
式中：IL—插入损失，dB；L1—消声器出口处的噪声声压级，dB，
V=-j S 坠ρ ρω 坠n
坠p ≈ -p3 +4p2 -3p1
坠n
2h
（9） （10）
（试验时一般在距出口 0.5m×45°处测量）；L2—用与消声器 等长的直管替代消声器后管口的噪声声压级，dB 。设消声
WEI Jia1，LU Sen-lin1，WANG Bin2，SHEN Yu-gui1 （1School of Automobile and Traffic Engineering，Jiangsu University，Zhenjiang 212013，China）
（2Institute of Advanced Forming Technology，Jiangsu University，Zhenjiang 212013，China） ssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssss
四端子参数 B
0
-5
-100
×10-4 2
1000
1
A
2000 频率/Hz
C
3000
机械设计与制造
+jρc（0.6kα）
（3）
Y
Z MX
式中：k—波数；α—消声器出气口半径。
因此，我们可以先求出消声器的四端子参数，然后根据公式
（2）求得消声器性能的插入损失。