多阀门开度仿真模型的建立-汽车噪声和气流噪声分析控制

为了深入研究带阀消声结构的声学特性，消除其他声学结构的影响，设计了只有两个腔室（I腔室和II腔室）的简化带阀消声器结构，隔板上安排有阀体结构，两个腔室分别连通入口管和出口管，腔体容积接近实际汽车排气后消声器大小，其结构如图4.3所示。

图4.3　双腔带阀消声结构示意

图4.4是带阀消声结构中实际采用的阀体结构，从图中可以看出，为了保证工艺性能，阀体结构较为复杂，主要由阀壳、阀片、芯轴和弹簧组成。声学有限元模型中不需要考虑如此细致的结构，为了保证有限元网格质量，需要将阀体进行简化，将卷边、凸台、加强肋等工艺结构去掉，然后再生成几何结构。

图4.4　阀体结构三维数模及实物

将清理后的阀体结构与腔体结构进行装配，然后通过布尔运算获取带阀消声结构的空气域几何模型，如图4.5所示。

图4.5　带阀消声结构的空气域几何模型

将图 4.5中的几何模型导入 Hypermesh网格前处理软件中进行网格划分。首先对空气域部分进行三维网格划分，形成内声场的计算域网格。然后在体网格边界处提取二维面网格，用以设定仿真模型的边界条件，如图4.6所示。

由于阀体部分的结构不规则，有许多曲面以及缝隙结构，因而采用四面体网格，网格数量在37万左右。划分的最大网格尺寸在12 mm左右，以 6个单元来描述一个波长，最高的有限元分析频率接近 4 800 Hz，完全满足分析频带的要求。网格划分采用了局部加密的方法，如图4.6所示。在穿孔、阀体以及直管末端等小尺寸几何结构处，网格进行了细化，平均尺寸在1.5 mm左右，并且逐渐过渡到腔体内部的大尺寸网格。在过渡区内控制网格单元尺寸平缓变化，有效避免大锐角网格单元以及塌陷网格单元的出现，提高计算精度。同时，小尺寸结构周围，特别是阀体周围，网格尺寸细化有助于更好地描述声波在孔隙中的传播过程。(www.xing528.com)

图4.6　带阀消声结构的有限元网格划分图

带阀消声结构中，阀体结构的开度可以发生变化，从而使其声学特性发生变化。为了研究阀体开度变化所产生的现象，建立了三种阀体开度的有限元网格模型用于计算，如图4.7所示。

将三种阀门开度的有限元网格模型载入Actran中，设定边界条件参数，模型的入口边界条件设置振速激励，见式（4.1）。

带阀消声结构有限元模型的出口边界条件设置为导纳边界，并使出口无反射，见式（4.2）。

带阀消声结构有限元模型的壁面边界条件设置为刚性壁面，见式（4.3）。

图4.7　三种阀门开度的有限元模型截图

设置好边界条件以及相应的介质参数，再进行数值迭代计算。计算结束以后，对计算结果进行后处理，可以提取带阀消声结构进出口的声学参量以及绘制腔体的声场分布云图进行声学特性分析。