1、科教興市重科教興市產業科技攻關項目子項目：海域MB 底盤系統的匹配與優化文件名/文件號：排氣系統匹配與優化/HYMB-101-061128產業科技攻關項目：海域 MB上海市科教興市車型整車開發子項目：海域 MB 底盤系統的匹配與優化技術文件 01排氣系統匹配與優化V2.0上海交通大學汽車工程2006 年 11 月第 1 頁 共 138 頁科教興市重科教興市產業科技攻關項目子項目：海域MB 底盤系統的匹配與優化文件名/文件號：排氣系統匹配與優化/HYMB-101-061128目錄1.2.3.4.5.6.7.8.的建模及理論計算3的聲學理論計算及優化19排氣系統一維單元建模40排氣系統主要組件的力

2、學性能試驗56排氣系統的模態分析70排氣系統模態試驗.84試驗結果分析115排氣系統優化124第 2 頁 共 138 頁科教興市重科教興市產業科技攻關項目子項目：海域MB 底盤系統的匹配與優化文件名/文件號：排氣系統匹配與優化/HYMB-101-061128一、的建模及理論計算1.1的建模111結構分析排氣系統由主和副組成。其中主的結構相對復雜，由四個腔組成，包含了擴張腔、內插管、穿孔管和穿孔板等消聲結構，副由三個腔組成，包含穿孔板、穿孔管和擴張腔等消聲結構。主和副的結構如圖 1-1 和 1-2 所示。圖 1-1 主結構圖 1-2 副第 3 頁 共 138結構頁科教興市重科教興市產業科技攻關項

3、目子項目：海域MB 底盤系統的匹配與優化文件名/文件號：排氣系統匹配與優化/HYMB-101-0611281.1.2的建模的建模在 CAEANSYS 中完成，因為 ANSYS 的 APDL 可以處理復雜的幾何特征，而且 ANSYS噪聲分析SYSNOISE 具有良接口，可以方便的將 ANSYS生成的 FE 模型導入進行聲學計算。(1) 主模型主的結構按照由上到下的建模方式建立，主的外形和四腔結構如圖1-3 所示，內部穿孔板如圖 1-4 所示。圖 1-3 主內部結構圖 1-4 主穿孔板結構聲器的穿孔管特征分布在進和排上，穿孔數量大，結構復雜，簡化穿孔管結構將是對主消進行的難點和重點。如果按照主穿孔

4、管的實際形狀進行建模，那么實際穿孔分布如圖 1-5 所示。第 4 頁 共 138 頁科教興市重科教興市產業科技攻關項目子項目：海域MB 底盤系統的匹配與優化文件名/文件號：排氣系統匹配與優化/HYMB-101-061128圖 1-5 主進穿孔管結構這種按照實際結構進行建模的在后續生成 FE 模型時，將會產生大量的節點和單元，而且可能由于單元的選取不當，將會出現拓撲錯誤，因此主消聲器的建模并沒有按照實際結構完成，而是簡化了穿孔管結構。當然理論計算過程并沒的 CAD 結構如圖 1-6 所示。有忽略這個消聲特征。實際采用的主圖 1-6 主的實際采用模型(2) 副模型副結構相對主更為簡單，而且徑向結構

5、對稱，它的輪廓結構如圖7 所示。內部結構如圖 1-8 所示。整體結構如圖 1-9 和 1-10 所示。第 5 頁 共 138 頁科教興市重科教興市產業科技攻關項目子項目：海域MB 底盤系統的匹配與優化文件名/文件號：排氣系統匹配與優化/HYMB-101-061128圖 1-7 副外形結構圖 1-8副內部結構圖 1-9副完整結構第 6 頁共 138 頁科教興市重科教興市產業科技攻關項目子項目：海域MB 底盤系統的匹配與優化文件名/文件號：排氣系統匹配與優化/HYMB-101-061128圖 1-10 副完整結構1.2聲學計算1.2.1 主的模型簡化主的主如圖 1-5 所示，穿孔板、內插管和擴張腔

6、結構都可以按照實際結構進行計算，但是穿孔管上穿孔數量巨大，進和排上所有的穿孔結構的數目為：273+195+143611 （個）經過簡化計算得，每個穿孔使用較粗的網格劃分可以產生節點 352 個，如圖 1-11 所示。圖 1-11 單個穿孔管穿孔的 FE 模型假設每個穿孔管和腔和進排連接時會產生 600 節點，那么所有的穿孔管結構將產生的節點數目為：611*600366600（個）第 7 頁 共 138 頁科教興市重科教興市產業科技攻關項目子項目：海域MB 底盤系統的匹配與優化文件名/文件號：排氣系統匹配與優化/HYMB-101-061128如果計算頻率從 20-4000HZ，間隔頻率為 10H

7、Z ，則共需要計算 381 次，共需要計算節點數目約為：381*（366600）186714765 （個）因此，如果按照實際結構計算，將產生大量的節點和單元，計算時間消耗巨大，所以模型必須給予簡化。模型的簡化主要是處理如何用其他的結構代替穿孔管結構，簡化的結果是不同穿孔管結構設計相應的阻抗片，通過理論計算得到相應的阻抗，計算時候將計算所得到的阻抗數值施加為聲學計算邊界條件。簡化的結果如圖 1-12、1-13 和 1-14 所示。圖 1-12 主阻抗片局部圖圖 1-13 主阻抗片分布第 8 頁 共138 頁科教興市重科教興市產業科技攻關項目子項目：海域MB 底盤系統的匹配與優化文件名/文件號：排

8、氣系統匹配與優化/HYMB-101-061128圖 1-14 主簡化后的結構1.22 主的 FE 模型主的有限元模型，可以采用網格劃分和人工設定單元劃分，由結構復雜，結構上具有很多的穿孔等細小特征，因此應該慎重選擇。具體網格劃分見圖 1-151-19 所示。圖 1-15 主阻抗片網格劃分圖 1-16 主進排和阻抗片網格劃分第 9 頁 共 138 頁科教興市重科教興市產業科技攻關項目子項目：海域MB 底盤系統的匹配與優化文件名/文件號：排氣系統匹配與優化/HYMB-101-061128圖 1-17主內部結構網格劃分圖 1-18主手動網格劃分圖 1-19主網格劃分實際證明，雖然圖 1-18 的主網

9、格更規范，但是在導入 SYSNOISE 中卻拓撲問題，不能進行計算，而圖 1-19 的網格網格劃分卻不類似問題。第 10 頁 共 138 頁科教興市重科教興市產業科技攻關項目子項目：海域MB 底盤系統的匹配與優化文件名/文件號：排氣系統匹配與優化/HYMB-101-0611281.2.3 主的穿孔管理論簡化穿孔管的理論簡化是聲學的重點和難點。穿孔管的簡化可以根據理論公式計算其不同頻率下的聲阻抗，然后作為邊界條件施加于結構表面。聲阻抗計算的理論依據是：Z = R + jXæö32htx211+ jwrtç1+÷Z =(1-1)ç÷d 2

10、323 + x / 2è22øj =-1 ； w = 2p其中 R 和 X 分別表示聲阻和聲抗；f 為角頻率；r 空氣密度； t 小管長度，即；wr4hx = d，大約是細管直徑和粘滯性附面層厚度之比；h 空氣粘滯系數聲阻抗的計算運用 MABLAB 編程，具體細節如下：ff=0:10:4000; %穿孔板常數f=ff/1000;d=3;x=10*d*sqrt(f); p=7/100;t=1.5; C=340;rou=1.2; kr=sqrt(1+x.2/32)+0.1768*x*d/t; km=1+1./sqrt(9+x.2/2)+0.85*d/t; r=0.147*t*k

11、r/(p*d2)*C*rou; wm=1.847*t*f.*km/p*C*rou; hold on;plot(f,r,'r','linewidth',2);第 11 頁 共 138 頁科教興市重科教興市產業科技攻關項目子項目：海域MB 底盤系統的匹配與優化文件名/文件號：排氣系統匹配與優化/HYMB-101-061128plot(f,wm,'b','linewidth',2); xlabel('fontsize12頻率 / kHz') ylabel('fontsize12聲阻抗') legend(&

12、#39;fontsize9聲阻','fontsize9聲抗'); title('聲阻抗');計算聲阻抗如圖 1-20 所示。圖 1-20穿孔管的聲阻抗穿孔管的聲導納如圖 1-21 所示。圖 1-21 穿孔管聲導納第 12 頁 共 138 頁科教興市重科教興市產業科技攻關項目子項目：海域MB 底盤系統的匹配與優化文件名/文件號：排氣系統匹配與優化/HYMB-101-0611281.2.4 主的計算的計算采用 SYSNOISE，由 ANSYS 生成的 FE 模型導入 SYSNOISE 后如圖1-22 所示。圖 1-22 SYSNOISE 中 FE 模型計算的

13、邊界條件主要是材料屬性和聲阻抗，其中聲阻抗阻抗管聲阻抗和出口聲阻抗，出口的聲阻抗主要由下面公式確定：Z = r C0.24(ka)2 + i ´0.56(ka)(1 - 2) 其中 k 為波數， k = w ，a 為出口半徑， r 為空氣密度。C計算可得主的聲模態為：ACOUSTIC EIGEN FREQUENCIESMODE MODE MODE MODE MODE MODE MODE MODE MODEMODE12345678910FREQUENCY FREQUENCY FREQUENCY FREQUENCY FREQUENCY FREQUENCY FREQUENCY FREQUE

14、NCY FREQUENCYFREQUENCY(Hz)(Hz)(Hz)(Hz)(Hz)(Hz)(Hz)(Hz)(Hz)(Hz)2.41612840E-0454.098832191.63630245.09743508.71402518.68128523.15945544.84717551.83360630.27323PHASE PHASE PHASE PHASE PHASE PHASE PHASE PHASE PHASEPHASE0.000.000.000.000.000.000.000.000.000.00計算量大，因此僅僅給出頻率為 30-300Hz 的傳遞損失，如圖 1-23由所示。第 13

15、 頁 共 138 頁科教興市重科教興市產業科技攻關項目子項目：海域MB 底盤系統的匹配與優化文件名/文件號：排氣系統匹配與優化/HYMB-101-061128圖 1-23 主的傳遞損失分布，如圖 1-24、1-25 所示。主在聲頻率為 100Hz 和 200Hz 下的圖 1-24 主100Hz 下聲壓分布圖 1-25 主200Hz 下聲壓分布第 14 頁 共 138 頁科教興市重科教興市產業科技攻關項目子項目：海域MB 底盤系統的匹配與優化文件名/文件號：排氣系統匹配與優化/HYMB-101-0611281.2.5 副建模副的結構相對較為簡單，主要體現在結構對稱和擴張腔少。副結構簡化和主一樣，

16、對穿孔管結構進行等效修改。副的主體結構如圖 1-26 所示。圖 1-26 副的外形結構副的內部結構如圖 1-27 所示。簡化后的結構如圖 1-28 所示。圖 1-27 副的內部結構圖 1-28 副的簡化結構第 15 頁 共138 頁科教興市重科教興市產業科技攻關項目子項目：海域MB 底盤系統的匹配與優化文件名/文件號：排氣系統匹配與優化/HYMB-101-0611281.2.6 副的 FE 模型的 FE 模型分兩部分劃分，排副和阻抗片采取網格劃分，這樣可以方便節點號碼和單元屬性，生成的 FE 模型如圖 1-29 所示。圖 1-29 副的 FE 模型1.2.7 副的計算SYSNOISE副的邊界條

17、件和聲阻抗計算如主，不一一陳述，導入的FE 模型如圖 1-30 所示。圖 1-30 導入 SYSNOISE 的副消器模型副的聲模態是其基本屬性，計算可得：ACOUSTIC EIGEN FREQUENCIESMODEMODE12FREQUENCY (Hz)4.82375459E-05PHASE0.000.00FREQUENCY (Hz)291.19462PHASE第 16 頁 共 138 頁科教興市重科教興市產業科技攻關項目子項目：海域MB 底盤系統的匹配與優化文件名/文件號：排氣系統匹配與優化/HYMB-101-061128MODE MODE MODE MODE MODE MODE MODEM

18、ODE345678910FREQUENCY (Hz) FREQUENCY (Hz) FREQUENCY (Hz) FREQUENCY (Hz) FREQUENCY (Hz) FREQUENCY (Hz) FREQUENCY (Hz)FREQUENCY (Hz)691.734371085.62171146.98161237.78911277.89291622.01611634.81081965.2558PHASE PHASE PHASE PHASE PHASE PHASE PHASEPHASE0.000.000.000.000.000.000.000.00的傳遞損失曲線如圖 1-31 所示。不同

19、頻率下的聲壓分布如圖 1-321-35 所示。副圖 1-31 副傳遞損失（30-1000Hz）圖 1-32 150Hz 聲壓分布圖 1-33 200Hz 聲壓分布第 17頁 共 138 頁科教興市重科教興市產業科技攻關項目子項目：海域MB 底盤系統的匹配與優化文件名/文件號：排氣系統匹配與優化/HYMB-101-061128圖 1-34 950Hz 聲壓分布 圖 1-35 1000Hz 聲壓分布由上圖可以發現，隨著頻率的增加，第一腔的聲壓分布明顯增大。小結通過理論分析計算，確定主副的聲學特性，對的功能進行定量分析。理論計算不僅對進行理論剖析，而且可以在理論層面上對進行優化修改，提高消聲性能。由

20、于缺乏試驗數據同時理論簡化較大，因此結果和理論分析有較大差距。第 18 頁 共 138 頁科教興市重科教興市產業科技攻關項目子項目：海域MB 底盤系統的匹配與優化文件名/文件號：排氣系統匹配與優化/HYMB-101-061128二、的聲學理論計算及優化2.1聲學理論及計算聲學、分析及優化是基于理論公式進行的，其中聲學使用實現。由于對數列和矩陣擁有強大的運算能力，并且能夠繪出直觀的圖形，故使用它計算理論公式。在完成分析及優化后，也使用它對結果進行驗證，以化結果的準確性及合理性。2.1.1 共振腔聲學計算理論共振腔是在腔體內通入開孔的排組成，如下圖：圖 2-1 共振腔形式對共振腔吸聲共振固有頻率的

21、計算是根據理論公式來進行的。其理論公式為：nSt + p / 4´ d; f= 1.22 CG =upDC2pGVf =r(2 - 1) 其中： fr 為穿孔管吸聲共振固有頻率； f 上截至頻率；up第 19 頁 共 138 頁科教興市重科教興市產業科技攻關項目子項目：海域MB 底盤系統的匹配與優化文件名/文件號：排氣系統匹配與優化/HYMB-101-061128C 音速（ 340m / s ）；G 傳導率；V 擴張腔體積；n 穿孔管孔數； S 通道（小孔）面積； t 穿孔度；d 穿孔直徑； D 空氣柱長度。運用對副第一節共振腔進行編程，具體如下：a=6.4;b=9.4; D=15;

22、 C=34000;fup=1.22*34000/D;f=10:10:fup; d=4; d1=0.4; L=15;S=pi/4 *d2; S1=pi/4 *d12;V=(a*b+(pi/4)*b2)*L; n=13*12;t=0.15; G1=n*S1;G2=t+pi*d1/4;G=G1/G2;fr=C/(2*pi)*sqrt(G/V); L1=sqrt(G*V)/(2*S); L2=fr./f-f./fr; L=L1./L2;y=10*log10(1+L.2);第 20 頁 共 138 頁科教興市重科教興市產業科技攻關項目子項目：海域MB 底盤系統的匹配與優化文件名/文件號：排氣系統匹配與優

23、化/HYMB-101-061128plot(f,y,'r','linewidth',2) xlabel('fontsize12頻率 / HZ')ylabel('fontsize12消聲量/ dB')title('副第一節穿孔管共振腔');共振腔的消聲固有頻率如下圖：圖 2-2 副第一腔共振腔頻率特性其余各共振腔與以上程序類似，故不再重復。第 21 頁 共 138 頁科教興市重科教興市產業科技攻關項目子項目：海域MB 底盤系統的匹配與優化文件名/文件號：排氣系統匹配與優化/HYMB-101-0611282.1.2穿孔

24、板聲學計算理論穿孔板是在腔體內將腔體分割開的穿孔隔板，如下圖：圖 2-3 穿孔板形式對穿孔板共振固有頻率的計算是根據理論公式來進行的。其理論公式為：P =; Lk = t + 0.8dC2pPf =(2 - 2) rL D k其中： P 穿孔率； s 穿孔面積； S 穿孔板面積；Lk 等效長度； t 穿孔板厚度； d 穿孔直徑；D 空氣柱長度； C 音速（ 340m / s ）；fr 為穿孔板吸聲共振固有頻率。第 22 頁 共 138 頁科教興市重科教興市產業科技攻關項目子項目：海域MB 底盤系統的匹配與優化文件名/文件號：排氣系統匹配與優化/HYMB-101-061128運用對副第一節穿孔板

25、進行編程，具體如下：a=6.4;b=9.4; D=15; C=34000;fup=1.22*C/D; f=10:10:fup; d=1.8;t=0.1; P=s/S=0.1775;Lk=t+0.8*d; fr=C/(2*pi)*sqrt(P/( Lk*D);穿孔板的消聲固有頻率：474.34。其余各穿孔板與以上程序類似，故不再重復。第 23 頁 共 138 頁科教興市重科教興市產業科技攻關項目子項目：海域MB 底盤系統的匹配與優化文件名/文件號：排氣系統匹配與優化/HYMB-101-0611282.1.3 擴張腔聲學計算理論擴張腔是在腔體內氣體通入產生擴張的腔體，如下圖：圖 2-4 擴張腔形式

26、對擴張腔共振固有頻率的計算是根據理論公式來進行的。其理論公式為：m = S / S ; k = 2p= w = 2p f ;lCC1= (2n +1)C ; f= nC ;f(2-3)maxmin4L2Lf= 1.22 CupDéù1 ö21 æ無內插管： L= 10´lg ê1+m -sin2 (kL)ú(2-4)4 çm ÷TLèøêëúûécos2 kLù1 æ1 ö2sin2 kL有內插管：LTL

27、= 10´lg ê2 +ç m + 2 ú(2-5)÷êë cos2 kL4 èm ø cos2 kLa úûa其中： LTL 傳遞損失； m 擴張比； fmax 最大消聲頻率；fmin 最小消聲頻率； fup 上截至頻率；S 進氣面積；S1 擴張腔截面積； D 空氣柱長度； k 波數；C 音速（ 340m / s ）；L 、 L2 膨脹腔長度；La 內插管長度。運用對副擴張腔進行編程，具體如下：第 24 頁 共 138 頁科教興市重科教興市產業科技攻關項目子項目：海域MB 底盤系統的

28、匹配與優化文件名/文件號：排氣系統匹配與優化/HYMB-101-061128C=340;D=0.05;fup=1.22*C/Df=0:10:fup;L=0.05;m=8;mm=1/4*(m-1/m)2;x=sin(2*pi*f*L/C);y=10*log10(1+mm*x.2);plot(f,y,'r','linewidth',2)xlabel('fontsize12頻率 / HZ')ylabel('fontsize12消聲量/ dB')title('副第二節擴張腔');擴張腔的消聲固有頻率如下圖：圖 2-5 副第

29、二腔擴張腔頻率特性其余各擴張腔與以上程序類似，故不再重復。第 25 頁 共 138 頁科教興市重科教興市產業科技攻關項目子項目：海域MB 底盤系統的匹配與優化文件名/文件號：排氣系統匹配與優化/HYMB-101-0611282.1.4 副聲學計算使用對副進行聲學計算，得到各腔的頻率特性圖。第一、第二腔特性圖已在前文給出，以下給出第三腔共振腔的頻率特性圖：圖 2-6 副第三腔共振腔頻率特性第 26 頁 共 138 頁科教興市重科教興市產業科技攻關項目子項目：海域MB 底盤系統的匹配與優化文件名/文件號：排氣系統匹配與優化/HYMB-101-0611282.1.5 主聲學計算使用對主進行聲學計算，

30、得到各腔的頻率特性圖。其中，第、四腔為共振腔，第三腔為帶內插管的擴張腔。圖 2-7 主第一腔共振腔頻率特性圖 2-8 主第二腔共振腔頻率特性第 27 頁 共 138 頁科教興市重科教興市產業科技攻關項目子項目：海域MB 底盤系統的匹配與優化文件名/文件號：排氣系統匹配與優化/HYMB-101-061128圖 2-9 主第三腔擴張腔頻率特性圖 2-10 主第四腔共振腔頻率特性第 28 頁 共 138 頁科教興市重科教興市產業科技攻關項目子項目：海域MB 底盤系統的匹配與優化文件名/文件號：排氣系統匹配與優化/HYMB-101-0611282.2消聲頻率總結與分析2.2.1消聲頻率總結表 2-1副

31、固有消聲頻率（Hz）表 2-2主固有消聲頻率（Hz）圖 2-11吸聲固有頻率在 0-2000Hz 頻率范圍內的分布圖 2-12 副消吸聲固有頻率的分布圖 2-13 主消吸聲固有頻率的分布第 29 頁 共 138 頁第一腔第二腔第三腔第四腔穿孔管582691-677穿孔板258338416318擴張腔-1217-第一腔第二腔第三腔穿孔管978-873穿孔板475820552擴張腔-1700-科教興市重科教興市產業科技攻關項目子項目：海域MB 底盤系統的匹配與優化文件名/文件號：排氣系統匹配與優化/HYMB-101-0611282.2.2消聲頻率分析圖 2-13 有問題的幾處頻率分布此兩處固有消聲

32、頻率靠得過近，在小范圍內可以加強消聲效果，但是在整體頻率范圍內250410Hz 以及 580700Hz 兩個頻率范圍的消聲效果。若發動機傳出的噪聲頻率在這兩個范圍內比較大，則這樣的消聲固有頻率分布會很大影響車輛整體降噪水平。由于缺乏發動機傳出噪聲頻率的資料，故將整體消聲固有頻率分布設定為平均分布較為符合車輛整體降噪的要求，以此為依據進行如下改進：1、將主第二腔穿孔管的吸聲固有頻率向高頻處調解到約 730Hz 處；2、將主其余各腔按照總體外形不變為局部調節，并優先考慮在 250410Hz 內使消聲固有頻率均布第 30 頁 共 138 頁科教興市重科教興市產業科技攻關項目子項目：海域MB 底盤系統

33、的匹配與優化文件名/文件號：排氣系統匹配與優化/HYMB-101-0611282.3消聲頻率的優化2.3.1 副消聲頻率的優化由于經過分析副部分的頻率分布符合我們的要求，所以此次改進不對副消聲頻率進行優化，但在穿孔管與穿孔板結合處必須打通，保證穿孔率及控制背壓。2.3.2 主消聲頻率的優化C2pGVf = 691Hz主第二腔體積為 2516cm3，其中r為了使主消第二腔共振腔的吸聲固有頻率到達 730Hz 左右，其2254 cm3，共振腔長度為 12.5cm。振腔體積為為了達到外形不變，需要協調另外三腔的體積。由于第二腔長度減小，則需要另幾腔適當增加體積來保持外形。若第一腔增加體積，則其吸聲固

34、有頻率會向低頻處移動，又會與副消的第三腔穿孔板的吸聲固有頻率過分靠攏，所以不增加第一腔的體積。適當增加主消第四腔體積可以使得其吸聲固有頻率向低頻處移動，可以與主消第一腔及第二腔形成很互補，故而決定適當增加主消第四腔的體積。另外，由于擴張腔得體積變化將引起高頻區域的固有頻率的變化，而主要噪聲范圍并不在高頻區域，所以，可以用擴張腔的體積變化來整體協調的內部結構。以頻率變化作為依據，將主消第四腔共振腔的吸聲固有頻率向低頻處轉移到約650Hz 處，其中共振腔體積為 2530.4 cm3，共振腔長度為 13cm第三腔應增加 0.5cm 以滿足要求，根據公式（2-5），Cf= 1133Hzmax14L在保

35、持穿孔板結構及穿孔率不變的情況下，由于空氣柱長度的變化從而會影響第 31 頁 共 138 頁科教興市重科教興市產業科技攻關項目子項目：海域MB 底盤系統的匹配與優化文件名/文件號：排氣系統匹配與優化/HYMB-101-061128到其固有頻率：C2pP= 3400.070.0154 ´ 0.125f = 326HzrL D2p第二腔穿孔板的固有頻率：kC2pP= 3400.06f = 300HzL D2pr0.015´ 0.13第四腔穿孔板的固有頻率：k第 32 頁 共 138 頁科教興市重科教興市產業科技攻關項目子項目：海域MB 底盤系統的匹配與優化文件名/文件號：排氣系

36、統匹配與優化/HYMB-101-0611282.3.3 排氣系統整體消聲頻率優化后的分析主第二腔空氣柱長度由 14cm 減至 12.5cm，穿孔管固有共振消聲頻率由691Hz 增至730Hz，見圖2-14。另外，主第二腔穿孔板的共振消聲頻率由308Hz增至 326Hz。圖 2-14 主消第二腔共振腔頻率特性對比主第三腔空氣柱長度由7cm 增至 7.5cm，擴張腔固有共振消聲頻率由1213Hz 減至 1133Hz，見圖 2-15。圖 2-15 主第三腔擴張腔頻率特性對比第 33 頁 共 138 頁科教興市重科教興市產業科技攻關項目子項目：海域MB 底盤系統的匹配與優化文件名/文件號：排氣系統匹配

37、與優化/HYMB-101-061128主第四腔空氣柱長度由 12cm增至 13cm，穿孔管固有共振消聲頻率由677Hz 減至650Hz，見圖2-16。另外，主第四腔穿孔板的共振消聲頻率由312Hz減至 300Hz。圖 2-16 主第四腔共振腔頻率特性對比圖 2-17 調整后的頻率分布2.4 主消聲頻率的第二輪優化第一輪優化后，經過試驗，車外怠速噪音下降約 2 分貝，但是在過程中，效果不是特別明顯，尤其是在低頻部分，排氣系統傳遞出的噪音比較明顯。所以，在第二輪優化的時候，我們把注意要集中在將主的消聲頻率向低頻的移動上，用以更降低車輛的噪音。目標是將主所有穿孔板和共振腔的消聲頻率的最低值降到 20

38、0Hz 左右。方案一：對比表 2-3，可將第一腔穿孔板的消聲頻率向目標頻率調整，其余各腔在保持主外形不變的情況下進行調整。第 34 頁 共 138 頁科教興市重科教興市產業科技攻關項目子項目：海域MB 底盤系統的匹配與優化文件名/文件號：排氣系統匹配與優化/HYMB-101-061128表 2-3 主各腔消聲頻率分布對穿孔板的固有消聲頻率的計算是根據理論公式來進行的。其理論公式為：P =; Lk = t + 0.8dC2pPf =(2 - 6) rL D k其中： P 穿孔率； s 穿孔面積； S 穿孔板面積；Lk 等效長度； t 穿孔板厚度； d 穿孔直徑；D 空氣柱長度； C 音速（ 34

39、0m / s ）；fr 為穿孔板吸聲共振固有頻率。D=20cm;C=34000cm/s; d=1.8cm; t=0.1cm;考慮通過改變穿孔直徑來改變穿孔板共振固有頻率， 故將上式簡化為6 ´p 4 d 2 P L C1 sf r = K，其中 K =，P =2pDS，s 為穿孔面積，S 穿孔板面積。209k將穿孔直徑d 設為設計變量，將參數 Lk 和 P 帶入后，穿孔板的消聲固有頻率簡略第 35 頁 共 138 頁第一腔第二腔第三腔第四腔穿孔管582691677穿孔板258338416318擴張腔1214科教興市重科教興市產業科技攻關項目子項目：海域MB 底盤系統的匹配與優化文件名

40、/文件號：排氣系統匹配與優化/HYMB-101-061128表示為dDf = K ´d = K ´(2 - 7) rab即調整穿孔板穿孔直徑d 就可以調整穿孔板的消聲頻率， d 值越大，消聲頻率越大， d 和消聲頻率同向變化。由此可得，可以通過調整穿孔板直徑，使的消聲頻率向低頻方向移動。考慮將消聲固有頻率降低到 210Hz，同時將第一腔穿孔板的穿孔直徑d1 縮小到1.4cm，則：d11.4D1D1f r1= 210 =® D = 23.48cm1f258d1.8rD20即主第一共振腔的長度增加到 23.48cm，增長 3.48cm。為了保證主的外形不變，則將增長的

41、 3.48cm 分配到第二共振腔及第三擴張腔，其中第二共振腔縮短 2.48cm，第三擴張腔縮短 1cm。由于第二共振腔與第三擴張腔的長度縮短，第二腔穿孔板消聲頻率由 338Hz 減小到 328Hz，將引起第三隔板穿孔板的頻率變化。其消聲固有頻率由 416Hz 變為449Hz。對共振腔吸聲共振固有頻率的計算是根據理論公式來進行的。其理論公式為：nSt + p / 4´ d; f= 1.22 CG =upDC2pGVf =r(2- 8) 其中： fr 為穿孔管吸聲共振固有頻率； fup 上截至頻率；C 音速（ 340m / s ）；G 傳導率；V 擴張腔體積；n 穿孔管孔數； S 通道（

42、小孔）面積； t 穿孔度；d 穿孔直徑； D 空氣柱長度。第 36 頁 共 138 頁科教興市重科教興市產業科技攻關項目子項目：海域MB 底盤系統的匹配與優化文件名/文件號：排氣系統匹配與優化/HYMB-101-061128根據理論公式，運用 2.1.1 節中的程序，可以得到第一腔調整后的最大消聲頻率為 530.43Hz。其消聲曲線如圖 2-18。圖 218主第一節穿孔管共振腔的消聲頻率第二腔調整后的最大消聲頻率：761.82Hz。其消聲曲線如圖 219。圖 2-19主第二節穿孔管共振腔的消聲頻率第 37頁 共 138 頁科教興市重科教興市產業科技攻關項目子項目：海域MB 底盤系統的匹配與優化

43、文件名/文件號：排氣系統匹配與優化/HYMB-101-061128第三節擴張腔調整后的最大消聲頻率：2430Hz。其消聲曲線如圖 2-20。圖 2-20主第三節擴張腔的消聲頻率第四節未做改動，故消聲固有頻率不變。則主優化后各腔消聲頻率分布見表 2-4。表 2-4 主優化后各腔消聲頻率分布總結：1、主第一共振腔將增長的 3.48cm；2、第二共振腔縮短 2.48cm；3、第三擴張腔縮短 1cm；4、第一腔穿孔板的穿孔直徑由 1.8cm 減小到 1.4cm。第 38 頁 共 138 頁第一腔第二腔第三腔第四腔穿孔管530.43761.82677穿孔板210328449318擴張腔2430科教興市重

44、科教興市產業科技攻關項目子項目：海域MB 底盤系統的匹配與優化文件名/文件號：排氣系統匹配與優化/HYMB-101-061128二：對比表 2-3，可在將第一腔穿孔板穿孔直徑減小的同時不減小各腔體積，而是減小第四腔穿孔板穿孔直徑來在較低頻率的區域加強消聲效果的作用。另外由于第四腔穿孔板離發動機較遠，故可以適當增加其背壓而不對發動機造成太大影響。所以通過公式計算以下方案：1、第一腔穿孔板的穿孔直徑由 1.8cm 減小到 1.4cm；2、第一腔穿孔板的穿孔直徑由 1.8cm 減小到 1.1cm。通過計算，主優化后各腔消聲頻率分布見表 2-5。表 2-5 主優化后各腔消聲頻率分布以上兩種方案已提交主

45、機廠進行試制。第 39 頁 共 138 頁第一腔第二腔第三腔第四腔穿孔管582691677穿孔板227298325247擴張腔1214科教興市重科教興市產業科技攻關項目子項目：海域MB 底盤系統的匹配與優化文件名/文件號：排氣系統匹配與優化/HYMB-101-061128三、排氣系統一維單元建模圖 3-1 排氣系統總體一維線在排氣系統的建模過程中，特征點坐標各節點坐標、圓心坐標、質心坐標及樣條線段特征點坐標等；曲線特性相關點集合、線段長度及圓弧半徑等。由于三元催化裝置為一模塊，經測量與數字模型差別不大，為了避免測量造成的誤差，本文件以 UG 模型為基礎，故特征坐標使用車身絕對坐標系。特征均為毫

46、米。副及主則是通過測繪繪制的數模，并且在中與三元催化等部分裝配而成，故依然是用車身絕對坐標系。特征均為毫米。3.1 三元催化部分：圖 3-2 三元催化一維線圖總（分成三段表明特征點坐標及曲線特性，其中藍色線段代表約束件，紅色線段代表某些關鍵部件）第 40 頁 共 138 頁科教興市重科教興市產業科技攻關項目子項目：海域MB 底盤系統的匹配與優化文件名/文件號：排氣系統匹配與優化/HYMB-101-061128圖 3-3 三元催化一維線圖 1特征點坐標列表：表 3-1三元催化特征點坐標列表 1（特征點坐標編號對應圖 3-3 黑色矩形邊框標號。）第 41 頁 共 138 頁特征點坐標編號XYZ1-

47、379.35237789364.638450069232.4486646462-376.935772859.75534735983.0428593-354.646116961.220858556.211078674-340.4714617362.72238543745.381983245-324.80713163964.64734476836.9004992736-304.12794083267.12703424129.5433105367-282.52834455569.1974975525.3499068858-72.80539430285.358797413-1.3232758799-5

48、9.6411422677.63838998497.505352841031.73452273487.10349708757.9971309811154.37638559684.109096306109.6464549812-378.144162.1969157.745829-91.598883.91061.0670科教興市重科教興市產業科技攻關項目子項目：海域MB 底盤系統的匹配與優化文件名/文件號：排氣系統匹配與優化/HYMB-101-061128特征曲線列表：表 3-2 三元催化特征曲線列表 1（特征曲線編號對應圖 3-3 紅色三角形邊框標號。）第 42 頁 共 138 頁特征曲線編號相關

49、點線段或半徑長度線段類型12、3、4、5、6、7三次樣條曲線27、29（懸掛點）、8212.03線段38、9（圓心）、10100（半徑）圓弧410、1156.75線段科教興市重科教興市產業科技攻關項目子項目：海域MB 底盤系統的匹配與優化文件名/文件號：排氣系統匹配與優化/HYMB-101-061128圖 3-4 三元催化一維線圖 2特征點坐標列表：表 3-3三元催化特征點坐標列表 2（特征點坐標編號對應圖 3-4 黑色矩形邊框標號。）特征曲線列表：第 43 頁 共 138 頁特征點坐標編號XYZ13（11）54.37638559684.109096306109.6464549814189.9

50、2913611961.021953509158.01264013515144.30777455967.35822957769.25148323116211.67968653756.936984312146.54170788517225.46628713254.347730791139.27084753418331.70503975634.39503197883.24203644519415.63563438118.63203347638.97822949820473.4119958597.7810594798.50779470621521.0184339793.570290947-3.51160228722522.26025595537.56143367690.52594388323543.6447442243.530837497-3.79612864524218.573055.6424142.9063科教興市重科教興市產業科技攻關項目子項目：海域MB 底盤系統的匹配與優化文件名/文件號：排氣系統匹配與優化/HYMB-101-0611