论文总字数：30058字

摘 要

科学技术的飞速发展，有力地推动了工业化和城市化进程，提高了人民的生活水平。但是随之而产生的噪声却危害着社会的各个方面：它不仅对设备、建筑噪声破坏；还会对人的心理和生理产生不良的影响。因此噪声控制技术应运而生，并不断发展。消声器作为一种常见的主动降噪手段，广泛应用于动力机械以及汽车排气系统中，它能够显著地降低噪声，并且对设备性能的影响很小，所以研究消声器的意义十分重大。本论文先介绍声学基础知识，着重讨论声波的反射、干涉以及在管道内传播时的物理特性，为消声器的研究打下理论基础。在第三章中，介绍消声器的分类、工作原理和消声器设计准则。其中着重介绍应用较广泛的扩张管式消声器。在第四章中，利用ANSYS APDL对扩张管式消声器进行模态分析，得到其固有频率和变形程度分布；再对其进行声场仿真实验和理论计算，验证扩张管式消声器的降噪理论。

关键词：噪声控制，动力机械，消声器设计，有限元分析

Abstract

The rapid development of science and technology has effectively promoted the process of industrialization and urbanization and improved people’s living standards. However, the resulting noise has jeopardized all aspects of the society: it not only destroys equipment and construction noise, but also has a negative impact on human psychology and physiology. Therefore, noise control technology came into being and continues to develop. As a common active noise reduction method, muffler is widely used in power machinery and automobile exhaust systems. It can play a good noise-reducing effect without affecting the work of equipment. Therefore, the significance of muffler research is very significant. This paper first introduces the basic knowledge of acoustics, and focuses on the reflection, interference, and physical properties of sound waves in the propagation of sound waves, laying the theoretical foundation for the study of mufflers. In the third chapter, we introduce the classification, working principle and muffler design criteria of the muffler. Among them, the most widely used expansion tube muffler is introduced. In the fourth chapter, using ANSYS APDL finite element analysis, the modal analysis of the expanded tubular muffler is performed to obtain its natural frequency and deformation distribution. Then, the sound field simulation experiment and theoretical calculation are performed to verify the noise reduction of the expanded tubular muffler. theory.

KEY WORDS: noise control; power machinery; muffler design; finite element analysis

目录

摘要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1噪声的危害 1

1.2噪声控制发展与现状 1

1.3空气动力噪声和消声器研究的意义 2

第二章 声波的基本性质 3

2.1概述 3

2.2声压的基本概念 3

2.3理想流体煤质的三个基本方程 4

2.4平面声波的基本性质 6

2.4.1波动方程的解 6

2.4.2声波传播速度 7

2.4.3声阻抗率与媒质特性阻抗 8

2.4.4声强级，声压级和声功率级 8

2.4.5声学边界条件 9

2.4.6声波的折射，反射和透射 10

2.4.7声波的干涉 13

2.5管道中的声传播 14

2.5.1静态介质中的平面波 14

2.5.2静态介质中的三维波 14

2.5.3中间插管时的声波传导特性 17

第三章 消声器理论与应用设计 19

3.1消声器的分类和原理 19

3.1.1消声器的基本分类 19

3.1.2抗性消声器 19

3.1.3阻性消声器 21

3.1.4阻抗复合式消声器 22

3.1.5扩散性消声器 22

3.1.6微穿孔板消声器 22

3.2消声器的评价 23

3.2.1声学性能的评价 23

3.2.2结构性能的评价 24

3.2.3空气动力性能的评价 24

3.3汽车排气系统噪声及其控制 25

3.3.1排气系统概述 25

3.3.2排气系统噪音 25

3.3.3排气系统消声器设计 26

第四章 消声器的仿真模拟实验 27

4.1扩张管式消声器的模态分析 27

4.2ANSYS扩张管式消声器声场分析 31

4.2.1消声器性能的理论计算 31

4.2.2消声器的仿真实验 31

总结与展望 37

致谢 38

参考文献 39

第一章 绪论

1.1噪声的危害

声音是自然界的重要组成部分，它帮助人们传达自身的思想，促进人类社会的发展。但是噪声的出现却对人类社会的各方面产生了不良的影响。噪声是指声强和频率不尽相同的声波的不规则组合。从人们的直观感受来说，凡是让我们感到不舒适的声音都可以称之为噪声。声压级用于表示声音的强弱，其单位为dB。我国规定睡觉时的分贝一般为35dB到50dB之间，相互交流时不超过60dB。危害人体的健康的值是80dB及以上。如果长期处于90dB以上的恶劣环境中时，就会对人体的听觉系统造成难以恢复的器质性损害，严重时会导致耳聋。同时噪声还对人的视力，免疫系统，器官等有不同程度的损伤，噪声越大，损伤越大。例如生活环境的分贝高于70dB，那么肾上腺素会飙升，使心脏病发病率提高。在造成生理创伤的同时，噪声也会使人感到烦躁，恐惧，甚至精神崩溃。噪声除了对人体产生极大危害以外，还对动植物造成极大威胁。比如建在空军基地附近的农场的农产品死亡率极高。噪声也会对物质的性能产生影响，如果噪声高于150dB，那么它会轻而易举地破坏金属的结构，使其断裂。噪音还可能使建筑物的玻璃破碎，墙体出现裂痕，严重的可以使建筑物倒塌，危害人类安全。最后，噪声还可能对产品的质量产生影响。比如汽车产品就对噪声有严格的要求，如果在行驶过程中噪声过大，不仅会损害消费者的驾驶体验，更重要的是有安全隐患，容易造成交通事故。

毫无疑问，噪声是阻碍社会发展的因素，人类的发展离不开噪声问题的解决。国家在出台各种问题控制噪声的同时，发展噪声控制技术也是一项重要的举措。

1.2噪声控制发展与现状

对于噪声的控制，中国的发展相较于世界各国，起步较晚。但是经过多年的发展，取得了长足的进步。比如微穿孔板技术已处于世界前列。首先在噪声测量技术方面，我们不必在有条件的实验室进行声强的测量，即使在普通的环境条件下，我们也能进行精确地测量。比如我们可以直接准确地测量建筑物的声强，对建筑物在声音方面的性质进行探索。同时声音测量工作站也应运而生，并且有便于携带，操作方便等特点。随着计算机在控制噪声方面的进步，比如消声器的设计等，对于噪声的测量将向更加智能化的方向迈进。其次是噪声控制技术的发展，噪声控制大致可以分为有声源的和没有的两大类。无源噪声技术就是传统的噪声控制技术，如隔音等。在有源噪声控制方面，最具代表性的就是有源消声器，这也是本文着重讨论的对象。有源控制可以解决低频率难题，同时还可以不过多改变设备的结构。如今，噪声的控制已经与工程热力学等学科有了良好的交叉，例如流体喷注的研究。最后一点是声学材料的演变。现今的声学材料不仅可以减少噪音，还能屏蔽信号，防火等。在兼具材料性质的同时，材料的安全与环保也被充分考虑，这也是未来发展的趋势。

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