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拖拉机排气尾管仿生降噪特性研究

拖拉机排气尾管仿生降噪特性研究

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作者：刘丽杰吉林大学

学位级别：硕士

农用机械车辆的噪声是影响其舒适性的重要因素,也是衡量车辆性能指标之一。农用拖拉机作为主要交通工具,其排气系统噪声是柴油机的一个主要噪声源,本文通过模仿鸮、苍鹰、蜣螂和鲨鱼等的一些特殊微结构,在排气尾管内壁设计仿生表面织构... 详细信息

农用机械车辆的噪声是影响其舒适性的重要因素,也是衡量车辆性能指标之一。农用拖拉机作为主要交通工具,其排气系统噪声是柴油机的一个主要噪声源,本文通过模仿鸮、苍鹰、蜣螂和鲨鱼等的一些特殊微结构,在排气尾管内壁设计仿生表面织构,研究对降噪的效果。国内外对排气系统的降噪研究较多,但基本忽略了对排气尾管降噪的研究。本文通过研究拖拉机柴油发动机的工作原理,分析了其噪声产生机理,力求从噪声传播途径上结合仿生技术着手改善排气尾管噪声。蜣螂体表的凸起和凹坑使其在土壤运动中起到减粘降阻的作用;鸮和苍鹰翅膀羽毛排列可以改变空气气流的流动状态,羽毛末端锯齿形结构可以切断所形成涡流的连续性,降低噪声;鲨鱼皮上的沟槽可以阻碍流向涡的形成。本文利用仿生改形方法,根据蜣螂体表结构设计出凸、凹型织构;根据鸟类翅膀羽毛结构设计出长方形和正弦织构;根据鸟类在飞行时整个身体所呈现的形状设计出三角形和倒三角形织构;根据鲨鱼皮肤组织结构设计出菱形织构。在排气尾管内壁上分别采用长方形、正弦、菱形、三角和倒三角形单一织构,并以凸、凹两种仿生形式进行三维建模、网格划分和数值模拟分析。分别设计1.5mm/1mm/0.5mm深度的凸织构,1mm/0.5mm深度的凹织构。通过对排气尾管仿生织构的声学仿真分析得出:每个单一织构与原型相比都有降噪效果。凸织构中深度为1.5mm的长方形和正弦织构降噪效果最佳;深度为1mm的长方形织构和深度为0.5mm正弦织构降噪效果最好。凹织构中深度为1mm的正弦织构和0.5mm的长方形织构降噪效果最好。在所有单一仿生织构中:凸织构深度为1.5mm的长方形织构降噪效果最好,其次为正弦凸织构。通过对单一织构的数值模拟分析得出长方形织构和正弦织构的降噪效果较其他织构较好,并以这两种织构为主要基元研究复合织构仿生排气尾管的降噪效果,声学仿真分析得出最佳降噪模型:其中凸织构中深度为1.5mm的正弦与三角形织构和深度为1mm的长方形与三角形织构具有最佳的降噪效果。凹织构中深度为1mm的长方形与正弦织构和深度为0.5mm的长方形与三角形织构降噪最优。在所有复合仿生织构中:凸织构深度为1.5mm的正弦与三角形复合仿生排气尾管的降噪效果最优。本文通过对仿生织构进行仿真分析得到在单一和复合仿生排气尾管织构中,降噪效果最好的模型是深度为1.5mm的凸织构正弦与三角形仿生排气尾管。单一织构和复合织构仿生排气尾管降噪分布趋势是凸织构中随着深度的增加降噪效果越明显,而凹织构则反之。对原模型、长方形仿生织构和正弦仿生织构排气尾管进行了试验验证,试验结果表明长方形仿生织构排气尾管的降噪性能最好。综上所述,本论文基于鸟类、蜣螂和鲨鱼等特殊微结构设计的仿生拖拉机排气尾管,并从理论分析、仿真实验及试验角度验证其正确性。本论文所设计的拖拉机仿生排气尾管降低了拖拉机整体噪声,对提高农用拖拉机驾驶舒适性具有重要意义。

关键词：拖拉机排气尾管仿生织构凸表面织构凹表面织构仿生降噪试验验证

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