摘 要

汽车发动机的排气噪音是汽车噪音的主要来源，因此研究如何提高汽车消音器的消音性能对降低汽车噪音有着重要意义。

本文通过对消音器的消音原理进行分析，并通过COMSOL Multiphysics软件建立消音器模型在物理场中进行模拟，通过有限元分析得到声波经消音器后的声压级及衰减情况。通过改变不同的参数来分析消音器额消音效果，研究表明：工作所处压强对消音器消音效果没有影响，而消音器在不同的温度以及消音器不同腔室之间的长度比条件下消音效果不尽相同，不同条件下在不同的声波频率区间内有着较好的消音效果。

本文以现有消音器为研究对象，分析得到不同参数对消音器消音效果所产生的影响，得到在不同频率范围内所适用不同谐振腔比例的结论，能够为后续的研究提供一些参考。

关键词：燃油汽车消音器；COMSOL Multiphysics；有限元分析

Abstract

The exhaust noise of automobile engine is the main source of automobile noise, so it is important to study how to improve the muffler's muffling performance to reduce automobile noise.

In this paper, the muffler principle is analyzed, and the muffler model is established by COMSOL Multiphysics software to simulate in the physical field. The sound pressure level and attenuation of the sound wave through the muffler are obtained by finite element analysis.By changing different parameters to analyze the muffler's forehead muffling effect, the research shows that the working pressure has no effect on the muffler's muffling effect, but the muffler's muffling effect is different at different temperature and the length ratio between different chambers of the muffler. Under different conditions, the muffler has better muffling effect in different frequency range.

In this paper, the existing mufflers are taken as the research object, and the influence of different parameters on the muffler's muffling effect is analyzed, and the conclusion that different resonator ratios are applicable in different frequency ranges is obtained, which can provide some reference for the follow-up research.

Key Words：fuel car muffler;COMSOL Multiphysics ;finite element analysis

目录

第一章 绪论 1

1.1课题背景 1

1.2国内外研究现状 1

1.3研究内容 2

1.4技术方案 2

第二章 原理及方法 3

2.1有限元分析 3

2.2 COMSOL Multiphysics 3

2.3消音器原理 3

2.4模型建立 4

2.4.1模型定义 4

2.4.2模型建立步骤 5

第三章 消音器消音效果分析 7

3.1压强分析 7

3.2 温度分析 10

3.3谐振腔位置分析 14

第四章 总结与展望 23

4.1 总结 23

4.2展望 24

致 谢 25

参考文献 26

第一章 绪论

1.1课题背景

如今，随着我国经济的迅速发展，汽车保有量持续快速增长，在给人们生活带来极大便利的同时，随之而来的是由汽车产生的噪音，严重影响着人们的生活，人一旦长时间暴露在噪音环境下可能会导致听力受损甚至失聪^[1]。汽车噪声主要包括：发动机噪声、进气系统噪声、排气系统噪声以及轮胎噪声等。其中，发动机噪声、排气噪声和轮胎噪声为主要来源，通常能够达到90至100分贝^[2]。

为了降低汽车噪声污染所造成的危害，国外很多国家自上世纪六十年代开始各汽车生产大国制定了一系列关于汽车噪声的法规及相关噪音限制^[3]。各汽车生产商也采取了一系列措施来降低汽车噪音。因此，消音器成为了每辆汽车中不可或缺的一部分。

1.2国内外研究现状

对于汽车消音器，国外学者较早对其进行了研究。上世纪20年代，美国学者Stewart^[4]在声学滤波器的分析基础上，通过传递矩阵法进行分析，率先制造了抗性消声器。到50年代,平面波理论得到广泛运用，Herrin^[5]等人通过研究发现平面波理论可以用在解决消音器消音损失计算上，但该方法仅适用于低频率波动和低气流流速情况。到了60年代,学者们主要进行消音器的结构设计完善工作，不断修改各项参数，使得实验方法及研究手段得到了提升。到了70年代，通过有限元分析方法对消音器进行分析得以运用， Young和Crocker率先通过这一方法对消音器工作过程中的传递损失进行了计算^[6]。随后，Ross^[7]也都通过有限元法对消音器进行了分析。经过多年的发展和完善,基于有限元的分析法逐渐成为消声器研制过程中必不可少的手段。到了80年代和90年代，计算机技术逐步成熟，许多三维建模软件以及有限元分析软件得以产生，科学家们利用计算机强大的计算能力，消音器的研究得以更加快速地进行。标志着针对消声器的研究迈入了软件仿真阶段。

与国外较早的研究相比,国内较晚才开始对消音器的研究工作。直到上世纪80年代，我国学者赵松龄^[8]等人开始对消音器进行研究，推导出声学管道的传递矩阵。随后，宫振^[9]等人通过研究拖拉机消音器的结构，推导出了拖拉机消音器的传递矩阵,使得国内关于消声器的研究得到了发展。随着计算机软件进入我国，为我国消音器的研究与仿真提供了技术上的支持。胡玉梅^[10]通过MATLAB进行编程，编程出计算消音器传递损耗程序。詹樟松、张小燕等人通过GT-Power软件中建立发动机模型，对消音系统进行优化^[11]。随后，各汽车生产商以及大学都建立了相关实验平台或实验室，也取得了许多研究成果。

1.3研究内容