李茂青，郭立濱，李 鵬

（1.重慶通信學(xué)院，重慶400035；2.西安通信學(xué)院，陜西西安710106）

近年來，隨著社會(huì)環(huán)保呼聲的提高，克服噪聲污染的問題已經(jīng)擺上了議事日程，發(fā)電機(jī)組的噪聲，更是人們關(guān)注的重點(diǎn)。靜音型或者說低噪聲發(fā)電機(jī)組研制，已成為一個(gè)新的課題。靜音型發(fā)電機(jī)組的降噪，主要采用加裝隔聲罩的方式，本文將利用ANSYS仿真軟件，對小型靜音型發(fā)電機(jī)組加裝隔聲罩后的噪聲，進(jìn)行仿真分析。

1 建模

基于靜音型發(fā)電機(jī)組結(jié)構(gòu)、形狀、材料、載荷方面的特點(diǎn)，在進(jìn)行聲—結(jié)構(gòu)耦合場分析時(shí)，用球面聲波模擬機(jī)組工作時(shí)的噪聲。由于聲波以球面波傳播，無對稱性，故建模時(shí)必須將整個(gè)機(jī)組考慮在內(nèi)，并且還在其外圍建了一個(gè)半徑為3 m的球體，用以表示隔聲罩外至無限遠(yuǎn)處的聲場。

由于吸聲材料主要是起吸聲作用，不能作為結(jié)構(gòu)材料承受載荷，也不能作為理想流體傳播聲音。故在建模中，通過設(shè)置結(jié)構(gòu)—流體耦合處流體單元的吸聲性能，來模擬泡沫等材料的吸聲特性，而沒有對其進(jìn)行單元?jiǎng)澐帧?/p>

根據(jù)以上思想建立的聲—結(jié)構(gòu)耦合場分析的幾何模型如圖1所示。

圖1 小型靜音型發(fā)電機(jī)組聲—結(jié)構(gòu)耦合分析的幾何模型

2 球面聲波的聲壓計(jì)算

已知所測發(fā)電機(jī)組的1/3倍頻程譜的中心頻率（Hz）分別為：31.5 ；63；125；250；500；1 000；2 000；4 000；8 000，其對應(yīng)的聲功率級（dB(A)）分別為 45.9；54.2；69；75.7；87；92.1；97.7；92.5；81.4。因其測量的是發(fā)電機(jī)組周圍1m處的聲功率值，而所建的有限元模型中用來模擬該聲源的，是一個(gè)半徑為0.3 m的球，因此，應(yīng)將所給的1m處的聲功率級換算為0.3 m處的球面上的聲壓。

已知聲功率級（dB）的定義公式：

其中w0=10-12w，是基準(zhǔn)值。

可知聲功率：

又據(jù)公式w=4π·r2I可知，在r=0.3m球面的聲強(qiáng)為：

則該球面上的聲壓為：

由以上所給公式，

當(dāng)聲波頻率為31.5 Hz時(shí)，聲壓p31.5=0.005 450 422 607 44

當(dāng)聲波頻率為63 Hz時(shí)，聲壓p63=0.014 171 968 466 04

當(dāng)聲波頻率為125 Hz時(shí)，聲壓p125=0.077 880 759 351 10

當(dāng)聲波頻率為250 Hz時(shí)，聲壓p250=0.168 434 160 890 56

當(dāng)聲波頻率為500 Hz時(shí)，聲壓p500=0.618 628 860 943 50

當(dāng)聲波頻率為1000Hz時(shí)，聲壓p1000=1.11283346521051

當(dāng)聲波頻率為2000Hz時(shí)，聲壓p2000=2.12046045359354

當(dāng)聲波頻率為4000Hz時(shí)，聲壓p4000=1.16527969064833

當(dāng)聲波頻率為8000Hz時(shí)，聲壓p8000=0.32466104134897

聲級的運(yùn)算不能直接作代數(shù)運(yùn)算，在實(shí)際聲場中，有多個(gè)聲源相互作用時(shí)，聲級計(jì)測得的總聲壓級并不是各個(gè)聲源單獨(dú)作用時(shí)的聲壓級的代數(shù)和，而是按能量疊加來得到的總聲壓級。

能量疊加關(guān)系為：

則總聲壓級為：

式中：Lp——總聲壓級；

Lpi——各個(gè)頻率上的聲壓級分量。

4 聲—結(jié)構(gòu)耦合仿真分析

根據(jù)所提供的發(fā)電機(jī)組的1/3倍頻程譜中心頻率，我們分析了該發(fā)電機(jī)組在頻率（Hz）為 31.5；63；125；250；500；1 000；2 000；4 000；8 000等9個(gè)頻率的聲場分布情況，分析中隔聲罩內(nèi)吸聲材料吸聲系數(shù)α=0.5，并且在測量面上選取了12個(gè)關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)，分別提取了這些點(diǎn)在各頻率時(shí)的聲壓值，并進(jìn)一步換算成相應(yīng)的分貝值。

圖2為所選節(jié)點(diǎn)的具體位置。

利用ANSYS仿真軟件，對其進(jìn)行仿真模擬分析得到圖3、圖4、圖5、圖6、圖7、圖8、圖9、圖10和圖11 頻率（Hz）分別為 31.5；63；125；250；500；1 000；2 000；4 000；8 000 等九個(gè)頻率下，距離隔聲罩1m處的聲壓分布云圖。

圖3 31.5 H z聲壓分布云圖

圖4 63 H z聲壓分布云圖

圖5 125 H z聲壓分布云圖

圖6 250 H z聲壓分布云圖

圖7 500 H z聲壓分布云圖

圖8 1 000 H z聲壓分布云圖

圖9 2 000 H z聲壓分布云圖

圖10 4 000 H z聲壓分布云圖

圖11 8 000 H z聲壓分布云圖

選取12個(gè)關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)中的最大值，作為該噪聲頻率下發(fā)電機(jī)組經(jīng)過吸聲降噪處理后的聲壓值，其具體計(jì)算結(jié)果如表1。

表1 各頻率下的計(jì)算結(jié)果

5 結(jié)束語

通過對仿真結(jié)果的分析，可以看出經(jīng)過隔聲罩吸聲降噪后，在31.5 Hz～8 kHz的噪聲頻率范圍內(nèi)，噪聲的最大點(diǎn)出現(xiàn)在2 kHz下，其聲壓值為69.5 dB（A），其余各頻點(diǎn)的噪聲更低，相比與發(fā)電機(jī)組裸機(jī)時(shí)的噪聲，降噪效果明顯。

[1]吳炎庭，袁衛(wèi)平.內(nèi)燃機(jī)噪聲振動(dòng)與控制[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2005.

[2]任勇生，韓寶坤.機(jī)械振動(dòng)與噪聲分析基礎(chǔ)[M].北京：國防工業(yè)出版社，2006.

[3]余偉煒，高炳軍.ANSYS在機(jī)械與化工裝備中的應(yīng)用[M].北京：水利水電出版社，2000.

[4]張朝暉.ANSYS 11.0結(jié)構(gòu)分析工程應(yīng)用實(shí)例解析[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2008.