1、 中 北 大 学毕业设计开题报告学 生 姓 名：杨金林学 号：1301074227学 院： 机电工程学院专 业： 装甲车辆工程专业设计(论文) 题目： 桑塔纳发动机消音器设计指导教师: 崔俊杰年 月 日开题报告填写要求1开题报告作为毕业设计（论文）答辩委员会对学生答辩资格审查的依据材料之一。此报告应在指导教师指导下，由学生在毕业设计（论文）工作前期内完成，经指导教师审查后生效；2开题报告内容必须用按教务处统一设计的电子文档标准格式（可从教务处网页上下载）打印，禁止打印在其它纸上后剪贴，完成后应及时交给指导教师签署意见；3文中应用参考文献处应标出文献序号，文后“参考文献”的书写，应按照国标 GB
2、 771487文后参考文献著录规则 的要求书写，不能有随意性；4学生的“学号”要写全号（如 0201140102,为 10 位数） ，不能只写最后 2 位或 1 位数字；5. 有关年月日等日期的填写，应当按照国标 GB/T 740894数据元和交换格式、信息交换、日期和时间表示法规定的要求，一律用阿拉伯数字书写。如“2004 年 3 月 15 日”或“2004-03-15”；6. 指导教师意见用黑墨水笔工整书写，不得随便涂改或潦草书写。毕 业 设 计 开 题 报 告1选题依据：1.1 选题背景与意义发动机排气噪声是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
3、核心。排气消声器是一种阻碍声传播而允许气流通过的装置，由于排气噪声包含的频段宽，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底盘空间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，寻找声学性能和空气动力性能的平衡点，是汽车噪声控制的必经之路。现阶段，汽车排气消声器的研究具有重大意义。第一，传统的正交设计和试验设计滞后于汽车产品的开发，面对日益激烈的市场竞争，需要不断加强自主研发力度，实现经济效益和社会效益；第二，噪声污染问题影响人的身理健康，在汽车保有量
4、快速增长的同时，社会责任及噪声法规对排气消声器的降噪要求进一步提高，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和燃油经济性能，这与当代节能减排的大环境不相符合，近些日子的关注点雾霾也与汽车发动机燃烧效率低下息息相关，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进一步探讨的课题；第三，进入二十世纪八十年代后，人们除了关注汽车噪声的大小，还对汽车噪声的声品质提出了新的要求，比如要求跑车声音节奏感强，听起来动力十足，而对轿车的噪声则要求和谐悦耳，同时声音随转速上升而线性增加。无论是环境、社会还是经济的发展，都对汽车排气消声器提高了越来越高的要求，
5、探索高效、合理的消声器设计流程，开发出具有良好消声性能和空气动力性能的排气消声器，具有重要的学术价值和工程应用价值。1.2 文献综述1.2.1 国外消声器研究现状国外在 90 多年前，就有人开始分析研究消声器。Stewart 在 1922 年利用声滤波器理论设计了一款抗性消声器。接下来的几十年里得到了进一步的发展，为后来的消声器发展奠定了基础。Davis 的关于平面波理论的论文不考虑流体流动的影响，能够比较准确的计算出结构简单、频率较低的消声器的声学特性。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
6、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。Sullivan 探讨了气流均匀流动时的声传递矩阵法。Crocker等人提出了只考虑气流的影响，忽略温度影响的声波传播理论。Panicker 对膨胀腔消声器的声学特性做了研究。El-Sharkawy 等人以膨胀腔二维分析理论为基础，研究了膨胀腔中的圆形管道的声传播。Prasad 等人在 20 世纪 80 年代，对消声器的声学性能进行了模拟，并对气流均匀和温度线性变化的直管的四极子参数做了推导。模拟结果与实验数据基本相符。Ih 等对声压模型进行研究，
7、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 Renato Barbieri 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。T.W.Wu 等人以有限元法为依据研究消声模型。瑞典皇家理工学院的M.Abom 用四端子网络法研究了简化膨胀腔结构的消声器。 F.D.Denia 等人在消声器的结构上做了变动，增加带孔结构。布鲁内尔大学的 R.Kirby 研究分析了相应消声器材料问题。俄亥俄州立大学哥伦布分校的 A.Selamet 等研究分析了，进出口的内插管结构对扩张室结构消声器的
8、影响。俄亥俄州立大学哥伦布分校的 M.B.Xu 等研究分析了简单膨胀腔结构的消声器，并在消声器上安装了吸声装置。1.2.1 国内消声器研究现状我国对消声器的研究较晚，1970 年开始才有相应研究。国内学者在多方面对消声器的结构和材料做了分析研究，比如同轴穿孔管的声学特性等，并推导出了相应的精确计算公式。马强等人采用双负载法，对消声器性能进行了分析。推导出了四极子参数，运用于发动机排气系统。并以边界元法为理论基础，模拟了其四极子特性。黄其柏等采用了一个全新的传递矩阵公式计算声学特性。该公式考虑了气流、温度的影响。赵松岭等对消声器的扩张室结构做了分析。蓝军等对车用发动机排气消声器进行了仿真建模，并
9、模拟计算出了传声特性。同济大学在消声器的流场分析方面研究较为深入。哈尔滨工程大学在消声器建模方面利用快速多极边界元法，研究了消声器的传递损失。台湾国立成功大学对消声器的噪声控制进行了研究，尤其是混合噪声控制。台湾的Chao.Nan Wang 采用数值替代法对消声器穿孔管结构分析研究。国立台湾大学对穿孔板结构做了相关验证，分析了带孔板和穿孔率对降噪效果的影响。台湾中州技术学院的 Min.Chic Chiu 等人，利用模拟退火法对消声器结构进行研究。国立台湾大学的K.T.Chen 等人，进一步研究了亥姆霍兹共振结构。近年来，各大高校在消声器研究工作上付出了巨大的努力和心血，如清华大学、吉林大学、合
10、肥工业大学等。使我国在消声器的研究领域上与国外的差距逐步减小。在此，向在科研岗位上潜心钻研、辛勤耕耘、努力探索的老师们致以崇高的敬意。毕 业 设 计 开 题 报 告设计方案：具体内容：本文以某乘用车排气消声器的同步开发项目为背景，基于声学和流体动力学理论，针对该款车型的发动机进行排气消声器的正向设计，并通过实验进行辅助设计和验证，主要研究内容如下：（1）了解消声器的类型、消声原理及计算方法，分析和总结结构参数和外界条件对基本消声单元及其组合结构的声学及流场性能的影响规律，对现有成果中存在的误区和疏漏点进行纠正和补充；（2）运用软件 GT-Power 建立发动机与排气消声器的数值耦合模型，并通过
11、与实验数据的对比验证其有效性；（3）基于基本消声单元的性能规律和实验数据，以声学性能为主，流场性能为辅，通过实验和模拟仿真相结合，探索正向开发综合性能良好消声器的方法，并对设计结果进行实验验证，为汽车排气消声器的设计开发提供合理的流程和思路。研究方法：1.文献综述法。充分利用 CNKI、维普、万方、等信息化的网络资源和图书资料，认真研读相关论文专著，立足前人的研究成果，注意国外和国内关于课题的最新研究动态，加深对自己所要研究问题的理解，在借鉴已有研究成果的基础上确定本论文所要研究的重点和可能实现的突破。2.归纳分析法：对搜集到的有关资料，在归纳整理的基础上，进行分析、总结。进度安排：1.201
12、6 年 9 月 2010 月 31 日，搜集资料，确定论文题目。2.2016 年 11 月 1 日11 月 21 日，撰写开题报告并提交开题报告。3.2016 年 11 月 22 日2016 年 12 月 19 日，向论文指导教师提交论文初稿。4.2016 年 12 月 20 日2016 年 12 月 28 日，向指导教师提交论文二稿。 5.2017 年 5 月 4 日，向指导教师提交论文三稿（定稿） ，指导教师对论文成绩进行评定。6.2017 年 5 月 9 日13 日，评阅教师对论文进行成绩评定。 7.2017 年 5 月 14 日15 日，进行论文答辩。毕 业 设 计 开 题 报 告指导教师意见：指导教师： 年 月 日
