1.1目的及意义

摩托车发动机排气噪声是摩托车整车最主要的噪声源，消声器作为控制排气噪声的有效工具，成为排气噪声控制工程的研究核心。排气消声器是一种通过阻碍声传播而允许气流通过的装置，由于排气噪声包括的频段宽，组成复杂，为了达到各频段的消声目的，要求消声器采用多腔结构，而复杂的多腔结构会产生高的排气阻力，增大了压力损失，从而直接影响发动机的功率和燃油经济性；同时，排气系统的设计还受摩托车结构和成本等因素的制约，探索低成本、高性能的排气消声器设计方法，寻找声学性能和动力学性能的平衡点，是噪声控制的必经之路。

现阶段，摩托车排气消声器的研究设计具有重大意义：在我国若干中小型城市和农村，摩托车的使用量和存有量十分巨大，而传统摩托车的消声器不足以满足现在的消声需求，需要不断加强自主研发能力，实现经济效益和社会效益，同时噪声污染影响人的身体健康，在摩托车保有量继续增长的同时，社会责任以及噪声法规对排气消声器降噪要求进一步提高，但是消声量的提高往往建立在牺牲排气阻力的基础上，通气不畅直接影响发动机的动力性能和燃油经济性，这与当代节能减排的大环境不相符合，如何在保证消声器声学性能的同时确保排气阻力处于接受范围内是一个值得探讨的问题，并且现代人们除了关注排气噪声的大小，还对噪声的声品质提出了要求，比如对机车、赛车等摩托车要求声音节奏感强，听起来要有动感，对一般摩托车要求声音听起来悦耳，不会产生尖锐等使人感到不愉的声音。

无论是环境、社会还是经济的发展，都对排汽消声器提出了越来越高的要求，开发出具有良好的消声性能和空气动力性能及经济性能的排气消声器，具有重要的学术价值和工业应用价值。

1.2国内外研究现状

1.2.1 国外消声器研究现状

Fukuda 在 20 世纪 70 年代引入了等效电路传递矩阵，把声学研究理论同电路中的电压和电阻联系起来，这种方法可以计算结构比较复杂的消声器。计算消声器的传递损失时，把一个复杂的消声器分割成几个部分，依次计算每个简单的消声器。在上述研究成果的支持下，消声器技术的发展得到了进一步加强。Ih 等对声压模型进行研究，给出了傅立叶级数形式的表达式。里约热内卢天主教大学的RenatoBarbieri 和 Nilson Barbieri 等使用有限元和可行方向法对消声器模型做出改进。E.Dokumaci 对水平放置的带孔消声器使用一种子系统的方法进行模块化分析，模拟结果与实验数据基本相符。

1.2.2 国内消声器研究现状

谢有浩等人主要从排气消音器选型设计过程中应考虑得结构类型、消音效果、空间布局等方面进行分析论述。在选型设计方面，分为抗性消音器和阻性消音器以及复合式消音器。抗性消音器里有扩张式消声器和共振消声器。膨胀腔是组成抗性消声器的主要组合元件，同时膨胀腔又可看作最简单的扩张式消声器，具有良好的低频消声性能，耐高温。一般在进出口管偏移处存在膨胀腔。共振式消声器一般为穿孔结构，与膨胀腔共同作用可降低各频率的噪声。阻性消声器是在消声器里面安放了多孔吸声材料，比如纤维材料等，声能被吸收转变成热能。

董力平详细说明了排气管消音器的设计过程，即先不规定降噪要求，而是利用优化方法在试选消音单元中使针对频程的降噪最大，并且在组合后形成的消音器中使总体噪声被降低的程度最大，同时考虑保持排气管的最大排气动力效应，再来验证降噪最大是否满足设计要求。如果降噪有余，则进一步优化排动管的设计，并设法再提高排气动力效应；如果降噪不够，则进一步优化消音器，且此时仍然要保证排动效应，如此反复直至符合设计要求。。

梅晓铭等人引入了声品质的概念，即使消音器符合人耳听觉感受，且以声品质作为指导和依据来设计改进消音器。通过结合仿真结果对原始声样本进行滤波分析的方法，周期短，可操作性强，成本低效果好。通过分析响度，尖锐度，粗糙度，抖动度等主观评价参量，用Artemis软件处理分析，利用LMS Virtual.Lab软件建立原消音器的声腔三维模型，再划分声腔的四面体网格，利用声学有限元仿真计算，结果显示高出2500Hz频率就开始出现高次波，中高频消声量明显下降，导致尖锐度升高，声品质变差。在消音器的改进方面，进行了穿孔板、穿孔率、孔径、孔距对消音器传递损失的影响。结果显示加穿孔板时有效地提高了消声器对中低频噪音的消声效果。

刘全美等人则说明了GT-Power软件有一个自己的零件模型库，里面包含如气缸，曲轴，各种管结构、管接头、滤清器、气门、喷油器等机械结构，各种燃烧模型、喷射模型和气体流动模型等，可根据自身需要选取所需机械结构模块及各种模型并设置相应的参数设置，最后将各个机构连接起来构成最终的模型。模型建立之后，首先对模型进行校验。若将所得实验数据输入GT-post与所建模型仿真结果比较。相差5%以内可以说明模型准确无误。通过建模与分析，可以得出尾气中各气体的排放曲线应用GT-Power软件库的模型，模拟了气体流动等模型，进行仿真计算，得出了排放曲线的噪声曲线，作为改进的基础和参考。

王金杰运用UG软件进行三维模型，运用Hypemesh NX MasterFEM软件对消声器进行模态分析、瞬态动力响应动力失效因子以及定性疲劳分析。将UG中的模型导入HYPERMESH进行操作，采用8节点壳单元对消音器进行网格划分，连接橡胶块与连接螺栓分别用6面体单元和梁单元进行网格划分，对焊缝进行简化，直接用节点融合进行模拟。在各连接点施加单位位移正弦函数的倍数来确定工况，分析了原模型以及增加加强板模型和连接板后移、前移模型，求得了200HZ以内的模态及各模态下的固有频率，再分析各方案的瞬态响应失效因子，得出的结论是消音器上的连接板位于消音器质心位置有利于降低失效因子。最后进行疲劳分析，得出可加长消音器内圆管的方法来提高疲劳寿命。有限元分析步骤为：1.几何网格模型、声学网格模型的建立；2.边界条件处理；3.施加载荷；4.求解；5.后处理。

总之，现今对消声器的开发和设计都是在选型和结构基本确定之后，运用软件先进行建模、仿真计算得出结果，再不断改进模型和参数直至符合设计要求，然后再做出实物进行测验。我将先调研国内外的摩托车消声器基本的结构形式；然后基于现有的排气噪声控制理论，完成排气消声器的结构设计；再基于发动机工作过程仿真软件GT-Power完成排气消声器声学性能的评估，获得传递损失、压力损失、插入损失、尾管噪声等数据；最后优化消声器结构实现发动机排气噪声的优化设计。