亚洲免费av电影一区二区三区,日韩爱爱视频,51精品视频一区二区三区,91视频爱爱,日韩欧美在线播放视频,中文字幕少妇AV,亚洲电影中文字幕,久久久久亚洲av成人网址,久久综合视频网站,国产在线不卡免费播放

        ?

        彈性背腔穿孔管水消聲器有限元分析

        2021-04-10 04:10:10袁蘇偉朱海潮侯九霄
        艦船科學(xué)技術(shù) 2021年2期
        關(guān)鍵詞:消聲弧形邊界條件

        袁蘇偉,朱海潮,侯九霄

        (1. 海軍工程大 學(xué)振動與噪聲研究所,湖北 武漢 430033;2. 船舶振動噪聲重點實驗室,湖北 武漢 430033)

        0 引 言

        穿孔管消聲器較擴(kuò)張腔消聲器有更小的流動阻力損失和良好的消聲性能而被廣泛應(yīng)用。Sullivan[1]和Ross[2]分別基于一維解析方法和三維有限元法,推導(dǎo)出穿孔管消聲器的傳遞損失理論計算公式并進(jìn)行試驗,結(jié)果顯示在低頻區(qū)間理論計算值與實驗值吻合良好。Ji 和Selamet[3]通過對穿孔管消聲器的研究,提出一種多域邊界元法,與實驗值吻合良好,被廣泛用于阻性消聲器的聲學(xué)性能預(yù)測。國內(nèi)也對穿孔管消聲器做了大量研究,季振林[4]所采用的三維邊界元法可以在整個頻率范圍預(yù)測穿孔管消聲器的傳遞損失,并且討論了吸聲材料參數(shù)對傳遞損失的影響。鄭晗[5]對多腔室穿孔管消聲器進(jìn)行了研究,并給出了腔室劃分方式、連接方式、數(shù)目和間距對傳遞損失的影響規(guī)律。尹佳瑋[6]研究了穿孔管消聲器在水介質(zhì)中的應(yīng)用,并且增加環(huán)狀膜來改善消聲性能。

        目前研究的穿孔管消聲器將背腔視為剛性,為研究如何提高穿孔管消聲器的消聲性能,本文將用于水介質(zhì)的彈性壁穿孔管消聲器作為研究對象,探究彈性背腔與水介質(zhì)的耦合作用對消聲性能的影響。首先介紹基礎(chǔ)理論與有限元仿真邊界條件,然后對此彈性背腔穿孔管消聲器進(jìn)行有限元仿真,并分析了背腔參數(shù)以及在消聲器等容積、等長度條件下弧形背腔的弧形半徑對聲學(xué)性能的影響。

        1 穿孔管聲阻抗

        穿孔管消聲器模型如圖1 所示,取軸線方向為坐標(biāo)軸x,其中d0為穿孔管內(nèi)徑,d1為 擴(kuò)張腔內(nèi)徑,L為擴(kuò)張腔長度。

        圖1 穿孔管消聲器結(jié)構(gòu)模型Fig. 1 Structural model of the perforated tube muffler

        在研究穿孔管消聲器傳遞損失時,穿孔管聲阻抗率可以定義為:

        其中:p1和p2分別為穿孔管內(nèi)外側(cè)的聲壓;v1為通過穿孔的介質(zhì)振動速度;Rp和Xp分別為穿孔聲阻率和聲抗率。

        根據(jù)經(jīng)驗公式[7],穿孔板的聲阻率表達(dá)式為:

        其中: μ為動力黏度; ω為圓頻率;tw為穿孔板厚度;dh為穿孔直徑;z0為介質(zhì)特性阻抗;? 為穿孔率。

        聲抗率為:

        其中:k為波數(shù), α為孔的端部修正系數(shù),本文取0.75。

        2 邊界條件

        以下4 種邊界條件用于圖1 所示消聲器結(jié)構(gòu)的仿真模型,如圖2 所示。

        1)外部聲壓激勵( ?in):施加在消聲器模型入口的外部聲壓激勵,設(shè)定為平面波條件,壓力賦值取為1 Pa,即

        2)聲學(xué)硬邊界條件( ?Z∞):聲傳播速度在此邊界上為零,并且不考慮聲固耦合現(xiàn)象,即

        圖2 穿孔管消聲器邊界條件模型Fig. 2 Boundary condition model of the perforated tube muffler

        3)聲阻抗邊界條件( ?Zt):表示穿孔管上下區(qū)域的聲壓差與穿過穿孔的質(zhì)點振速(v1)之間的關(guān)系,即

        其中Zt即式(1)中聲阻抗率。

        4)聲固耦合邊界條件(?s):此邊界條件下,考慮結(jié)構(gòu)振動對聲壓的影響,即彈性背腔的振動位移與邊界處質(zhì)點振速之間的耦合作用,有

        在消聲器內(nèi)部聲場域滿足Helmholtz 方程:

        其中 ?為速度勢,由此可得聲壓和質(zhì)點振速分別為:

        在有限元分析中表示有限元模型的方程組采用以下形式:

        其中:K,M,C分別為剛度矩陣,質(zhì)量矩陣,阻尼矩陣;Kc,和Mc為耦合項。

        通過求解式(10)可以得到整個系統(tǒng)的響應(yīng),進(jìn)而求得系統(tǒng)傳遞損失。

        3 仿真分析

        3.1 模型建立

        用于數(shù)值模擬的穿孔管水消聲器的有限元模型如圖3 所示,結(jié)構(gòu)簡圖見圖1。

        圖3 消聲器有限元模型Fig. 3 Finite element model of the muffler

        穿孔管消聲器模型具體尺寸見表1,其中tw為穿孔管厚度, σ為穿孔率,dh為穿孔直徑。

        表1 穿孔管消聲器結(jié)構(gòu)參數(shù)Tab. 1 Structural parameters of the perforated tube muffler

        3.2 數(shù)值方法

        采用多物理場軟件COMSOL 進(jìn)行仿真模擬。由于所研究的消聲器模型尺寸與邊界條件均具有軸對稱性,故采用二維軸對稱性模型進(jìn)行建模分析,同時簡化計算過程,提高計算速度[8],二維軸對稱簡圖如圖4 所示。消聲器彈性背腔材料為橡膠,密度ρr=1 200 kg/m3,泊松比 ν=0.48; 消聲器內(nèi)水介質(zhì)密度 ρf=1000 kg/m3,聲速cf=1 500 m/s;其余均為絕對硬邊界條件。

        圖4 消聲器二維軸對稱模型Fig. 4 Two-dimensional axisymmetric model of muffler

        3.3 傳遞損失

        在評價消聲器的消聲性能時,常采用傳遞損失這一指標(biāo),其計算公式為:

        式中:Pin為 消聲器進(jìn)口處的入射聲功率;Pout為消聲器出口處的透射聲功率,二者計算公式分別為:

        式中:pi為進(jìn)口處的入射聲壓;po為出口處的透射聲壓;A為進(jìn)出口面積。

        3.4 彈性壁與剛性壁對比

        為了驗證仿真的準(zhǔn)確性,將剛性壁穿孔管消聲器傳遞損失理論計算得到的結(jié)果和有限元計算結(jié)果進(jìn)行對比。Matlab 計算數(shù)據(jù)和Comsol 仿真得到的傳遞損失對比曲線如圖5 所示。

        圖5 有限元仿真與理論計算的比較Fig. 5 Comparison of calculated values with FEM results

        圖中,實線為Comsol 仿真結(jié)果,虛線為根據(jù)文獻(xiàn)[1]中理論計算所得傳遞損失值。對比結(jié)果顯示2 種計算方法在截止頻率3 450 Hz 以下吻合良好,高于此頻率時出現(xiàn)高次波傳播,誤差增大,此時平面波理論已不在適用。

        為改善穿孔管消聲器低頻吸聲性能,將消聲器剛性壁改用彈性壁后的傳遞損失曲線如圖6 所示。

        圖6 剛性與彈性背腔傳遞損失的比較Fig. 6 Comparison of transmission losses in rigid and flexible dorsal cavities

        發(fā)現(xiàn)改為彈性背腔后,傳遞損失曲線向低頻移動,新增2 個峰值,且各峰值均提高7 dB 左右,有效改善消聲器的吸聲特性。

        4 彈性背腔參數(shù)對傳遞損失的影響

        為進(jìn)一步探究彈性背腔參數(shù)對傳遞損失的影響,對背腔的厚度t以及背腔材料彈性模量E進(jìn)行分析,不同厚度t的傳遞損失曲線如圖7 所示,不同彈性模量E的傳遞損失曲線如圖8 所示。分析發(fā)現(xiàn),減小背腔厚度或采用更小彈性模量的背腔材料所取得的效果類似,都能增加傳遞損失峰值個數(shù),增大傳遞損失,并且低頻消聲性能更優(yōu)。

        繼而改用弧形體背腔,比較上述圓柱形背腔消聲器,在等容積、等長度的條件下,構(gòu)造如圖9 所示的弧形體消聲器模型,弧形背腔半徑為R,其結(jié)構(gòu)參數(shù)見表2。

        圖7 厚度對傳遞損失的影響Fig. 7 The effect of thickness on transmission loss

        圖8 彈性模量對傳遞損失的影響Fig. 8 The effect of modulus of elasticity on transmission loss

        圖9 弧形體背腔穿孔管消聲器Fig. 9 Perforated tube muffler with arc-shaped flexible dorsal cavity

        表2 弧形體背腔穿孔管消聲器結(jié)構(gòu)參數(shù)Tab. 2 Structural parameters of the perforated tube muffler with arc-shaped dorsal cavity

        圖10 弧形體背腔與圓柱體背腔的比較Fig. 10 Comparison of the arc-shaped dorsal cavity and the cylindrical dorsal cavity

        圓柱形背腔與弧形體背腔傳遞損失對比如圖10 所示。傳遞損失曲線向低頻移動,并且在低頻部分有更好的消聲性能。不同弧形半徑R對傳遞損失的影響如圖11 所示。結(jié)果表明,為了得到更好的低頻消聲性能,可以采用較小弧形半徑的背腔。

        圖11 弧形半徑對傳遞損失的影響Fig. 11 Influence of radius on transmission loss

        5 結(jié) 語

        本文研究了彈性背腔穿孔管消聲器的傳聲特性,并對彈性背腔參數(shù)以及等容積、等長度的條件下弧形背腔半徑對傳遞損失的影響進(jìn)行仿真,得出以下結(jié)論:

        1)仿真結(jié)果與根據(jù)文獻(xiàn)中理論[1]得到的穿孔管消聲器的傳遞損失值與在中低頻吻合較好。

        2)彈性背腔可以使傳遞損失曲線向低頻移動,并且傳遞損失值有所增大,消聲性能得到提高。

        3)一定范圍內(nèi),減小彈性背腔的厚度和選用彈性模量較小的背腔材料,都能使傳遞損失峰值數(shù)目增多,且傳遞損失增大、低頻消聲量增大,消聲效果更好,采用較小弧形半徑的弧形彈性背腔同樣可以提高低頻消聲性能。

        猜你喜歡
        消聲弧形邊界條件
        為什么彩虹是弧形的
        一類帶有Stieltjes積分邊界條件的分?jǐn)?shù)階微分方程邊值問題正解
        帶有積分邊界條件的奇異攝動邊值問題的漸近解
        彩虹為什么是弧形的
        潔凈室消聲器的設(shè)計與測試
        空調(diào)消聲器消聲特性仿真分析
        天上的彩虹為什么總是呈現(xiàn)弧形?
        河北遙感(2015年2期)2015-07-18 11:11:15
        帶Robin邊界條件的2維隨機Ginzburg-Landau方程的吸引子
        雨后天上的彩虹為什么總是呈現(xiàn)弧形
        河北遙感(2014年2期)2014-07-10 13:28:50
        一種油氣田專用環(huán)保靜音發(fā)電系統(tǒng)
        亚洲av永久无码一区二区三区| 极品美女尤物嫩模啪啪| 99视频偷拍视频一区二区三区| 日韩av在线播放人妻| 成人无码α片在线观看不卡| 国产一级大片免费看| 日本久久一区二区三区高清| 国产嫩草av一区二区三区| 亚洲精品无码国产| 欧美日韩性视频| 久久亚洲精品成人av观看| 国产免费av手机在线观看片| 国产中文欧美日韩在线| 曰韩精品无码一区二区三区| 国产精品高清一区二区三区人妖| 久久久久人妻精品一区二区三区| 亚洲av无码成人专区片在线观看| 精品一精品国产一级毛片| 亚洲第一页在线免费观看| 免费人成小说在线观看网站| 国产一线二线三线女| 男人天堂AV在线麻豆| 日本按摩偷拍在线观看| 精品国产av色一区二区深夜久久| 亚洲自拍另类制服在线| 国产精品成人黄色大片| 日韩 亚洲 制服 欧美 综合| 激情综合色五月丁香六月亚洲| 精品91精品91精品国产片| 亚洲一区二区三区成人网| 成人精品视频一区二区| 色老头一区二区三区| 国产一级一片内射视频在线| 国语自产精品视频在线看| 亚洲成a人片在线观看天堂无码 | 视频国产自拍在线观看| 精品无码无人网站免费视频 | 免费网站看av片| 国产小视频网址| 一区二区亚洲熟女偷拍| 亚洲av综合av国产av中文|