听小骨消声器的声学特性分析与优化设计
发布时间:2017-09-29 05:03
本文关键词:听小骨消声器的声学特性分析与优化设计
更多相关文章: 消声器 响应面法 试验设计 稳健性优化设计 不确定性 遗传算法
【摘要】:噪声污染是当今社会的四大污染之一,并且随着工业的发展而日益严重,对人的身心健康产生了严重影响。抗性消声器结构简单、易于清洁,对低、中频噪声有较好的消声效果,常被用于抑制排气管道和通风管道内的噪声。提高抗性消声器的消声性能,同时减小其体积和质量,是对抗性消声器进行设计和优化的主要内容。本文建立了新型抗性消声器—听小骨消声器的三维有限元模型和基于平面波理论的一维简化模型,对其声学特性进行了分析,阐述了消声原理,采用控制变量法对消声器的相关参数进行了研究。为了改善听小骨消声器的消声性能,降低其质量,本文基于响应面法对听小骨消声器的结构参数进行了确定性优化和不确定性优化。采用中心组合试验设计获得样本点,利用响应面法构造二次多项式响应面模型,并检验了响应面模型的拟合精度。利用响应面模型结合NSGA-II遗传算法的方式对消声器的结构参数进行了优化设计。在优化过程中,以消声器低频和宽频的平均传递损失作为优化目标,以消声器的结构参数(进出口管道宽度、封闭腔深度、封闭腔长度)作为优化变量。通过对听小骨消声器声学特性的分析,发现通过选择合适的设计参数,可以使消声器具有较宽的消声频带,并且扩张腔体积并不是影响其消声性能的关键因素,因此可以使消声器的结构更加紧凑。优化后消声器的消声性能得到改善,质量减轻,表明了响应面法和遗传算法相结合的消声器结构参数优化方法的有效性。将不确定性及稳健性理论引入到听小骨消声器的优化设计中,提高了消声器的消声效果,降低了优化目标对设计参数波动的敏感性,具有一定的工程应用价值。
【关键词】:消声器 响应面法 试验设计 稳健性优化设计 不确定性 遗传算法
【学位授予单位】:湖南大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2016
【分类号】:TB535.2
【目录】:
- 摘要5-6
- Abstract6-10
- 第1章 绪论10-19
- 1.1 课题研究背景10-11
- 1.2 消声器的研究概况11-14
- 1.2.1 消声器研究现状11-12
- 1.2.2 听小骨消声器概述12
- 1.2.3 消声器性能的主要研究方法12-14
- 1.3 近似模型和不确定性优化方法14-17
- 1.3.1 近似模型在优化中的应用14-16
- 1.3.2 不确定性优化方法16-17
- 1.4 本文研究内容17-19
- 第2章 消声器基本理论19-34
- 2.1 声学基本理论19-23
- 2.1.1 声压基本概念19-20
- 2.1.2 理想流体介质中的基本方程20-23
- 2.2 消声器分类23-30
- 2.2.1 阻性消声器24-25
- 2.2.2 抗性消声器25-30
- 2.2.3 阻抗复合式消声器30
- 2.3 消声器性能评价30-33
- 2.3.1 消声器声学性能30-32
- 2.3.2 消声器空气动力性能32-33
- 2.3.3 消声器结构性能33
- 2.4 本章小结33-34
- 第3章 听小骨消声器模型及其参数研究34-50
- 3.1 听小骨消声器模型的建立34-40
- 3.1.1 基于中耳原理的听小骨消声器模型34-35
- 3.1.2 有限元模型的建立35-40
- 3.2 采用平面波理论的分析40-45
- 3.3 参数研究45-49
- 3.3.1 封闭腔形状45-47
- 3.3.2 单摆系统的转动惯量47-49
- 3.4 本章小结49-50
- 第4章 基于响应面法的听小骨消声器优化设计50-67
- 4.1 试验设计50-54
- 4.2 响应面法的基本理论54-57
- 4.2.1 响应面模型的建立54-56
- 4.2.2 响应面模型的误差分析56-57
- 4.3 基于响应面法的听小骨消声器的结构优化57-66
- 4.3.1 响应面模型建立59-60
- 4.3.2 响应面模型误差分析60-62
- 4.3.3 基于响应面法和遗传算法的消声器结构优化62-66
- 4.4 本章小结66-67
- 第5章 听小骨消声器结构的不确定性优化67-78
- 5.1 稳健性优化设计的概念和基本原理67-69
- 5.1.1 稳健性设计的概念67-68
- 5.1.2 稳健性设计的基本原理68-69
- 5.2 稳健性优化设计的方法69-75
- 5.2.1 6σ稳健性设计的概念71-73
- 5.2.2 6σ稳健性优化设计的方法73-75
- 5.3 听小骨消声器的 6σ 稳健性优化75-77
- 5.4 本章小结77-78
- 结论78-80
- 参考文献80-86
- 致谢86-87
- 附录A(攻读硕士学位期间发表的学术论文)87
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