基于LMS Virtual.Lab的汽車排氣消聲器快速分析關(guān)鍵技術(shù)研究
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在汽車排氣消聲器設(shè)計(jì)或改進(jìn)過程中，迅速的預(yù)測目標(biāo)消聲器的傳聲損失(Sound Transmission Loss)，能夠?yàn)檫M(jìn)一步的分析設(shè)計(jì)提供可靠的依據(jù)、指導(dǎo)，因此對提高消聲器設(shè)計(jì)水平具有重要的意義。目前常用的消聲器的聲學(xué)性能分析手段主要有一維聲傳遞矩陣法[1, 2]、三維有限元法[3, 4]、三維邊界元法[5, 6]和一維有限體積法[7, 8]等。由于一維聲傳遞矩陣法由于分析精度不佳，且數(shù)學(xué)推導(dǎo)較為復(fù)雜，目前應(yīng)用較少。有限元和邊界元法與現(xiàn)有一維有限體積法分析軟件(例如Gamma Technology GT-Power，Ricardo Wave 等)相比,雖然在分析精度方面有優(yōu)勢，但由于有限元或邊界元法需要三維CAD 建模、劃分有限元/邊界元網(wǎng)格、設(shè)置分析邊界條件、提取計(jì)算結(jié)果等繁瑣步驟，不但操作不便、而且分析時間過長，因此沒有在企業(yè)開發(fā)消聲器過程中得到大量應(yīng)用。
因此開發(fā)一套具有快速參數(shù)化建模、自動網(wǎng)格劃分、自動設(shè)置邊界條件、自動提取計(jì)算結(jié)果等功能的自動化、高效率的基于有限元或邊界元的消聲器設(shè)計(jì)分析系統(tǒng)，對于提高企業(yè)、研究機(jī)構(gòu)在消聲器聲學(xué)分析上的效率和正確性，具有極大的意義。
本文針對現(xiàn)有分析過程的不足，并結(jié)合消聲器的特點(diǎn)和企業(yè)實(shí)際需求，基于LMS Virtual.Lab（版本9a）的有限元分析功能，開發(fā)出自動化、高效的消聲器設(shè)計(jì)分析系統(tǒng)，并將該系統(tǒng)應(yīng)用于消聲器開發(fā)和改進(jìn)中，取得了較好的效果。
2. 關(guān)鍵技術(shù)研究
2.1 消聲器快速參數(shù)化建模技術(shù)
消聲器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜，既有由隔板分割的各個腔體，又有各種穿孔和管道。目前的方法是利用三維CAD 軟件（如UG、CATIA 等）進(jìn)行建模從而建立分析對象，而隨著分析的深入，需要經(jīng)常調(diào)整模型的結(jié)構(gòu)和各種參數(shù)。這樣不但費(fèi)時費(fèi)力，且容易出現(xiàn)設(shè)計(jì)錯誤甚至干涉。因此需要根據(jù)消聲器模型的特點(diǎn)，將消聲器進(jìn)行抽象，并利用3D 可視化技術(shù)實(shí)現(xiàn)消聲器的快速建模。
本文將消聲器抽象為腔體截面、腔體、隔板、直管、彎管、穿孔（板）、穿孔（管）、吸聲材料等部件，進(jìn)一步定義這些部件的各項(xiàng)屬性，便可將消聲器抽象為如圖 1 所示的抽象模型。
圖1 消聲器的抽象模型
當(dāng)抽象模型建立完成后，我們可以通過邏輯模型中的設(shè)計(jì)參數(shù)，自動建立有限元分析需要的流體模型，即由消聲器腔體所包圍，隔板、管道所分割的腔體。為保證空氣模型能真實(shí)反映消聲器內(nèi)部管道結(jié)構(gòu)，合理定義建模順序是非常有必要的，如果建模順序不合理，前面建立的結(jié)構(gòu)模型容易被后建的結(jié)構(gòu)替代或影響，從而使實(shí)體模型與用戶的設(shè)計(jì)目標(biāo)不一致。經(jīng)過總結(jié)和驗(yàn)證，如圖 2 所示的建模順序(按箭頭所示方向)較為合理，能保證邏輯模型和物理模型的統(tǒng)一。
圖 2 消聲器流體模型建模順序
OLE Automation（簡稱Automation）是Windows 應(yīng)用程序之間相互操縱的一種技術(shù)。它使用了Microsoft的COM（Component Object Model）技術(shù)，為軟件創(chuàng)建一個標(biāo)準(zhǔn)的接口，讓其它的應(yīng)用程序通過Automation的機(jī)制，以對象的方式來調(diào)用這個軟件的功能。
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