19317

۱۹۳۱۷

استفاده از ساختار فرامواد آكوستيكي در انباره اگزوز به منظور كاهش سطح نويز

كارشناسي ارشد

سيستم هاي ديناميكي

۱۳۹۷/۰۴/۲۷

دكتر سلمان ابراهيمي نژآد رفسنجاني

خودرو

امروزه به منظور كاهش نويز و افزايش آرامش سرنشينان خودرو، مواد آكوستيكي به عنوان مانع، ميراكننده و يا جاذب صوت به كار ميروند. اخيراً فرامواد آكوستيكي، موادي مصنوعي ساخته شده از سلولهاي واحد با ابعادي كوچكتر از طول امواج صوتي مورد نظر، كه ميتوانند دامنه امواج صوتي را در بازه فركانسي مورد نظر بصورت مؤثر كاهش دهند، مورد توجه محققان حوزههاي اپتيك، هوافضا و كنترل آلايندههاي صوتي قرار گرفته‌اند. از آنجايي كه تا كنون هيچ تحقيق و استفاده‌اي از اين مواد در خودرو نشده است، از اين رو، در اين پايان نامه ابتدا به طراحي بافل فرامواد اكوستيكي با رزوناتور محلي و جانمايي آنها در سيستم انباره اگزوز استوانه‌اي به منظور بررسي تأثير اين مواد از نظرافت انتقال پرداخته شده و با مطالعه بر روي اصلي‌ترين عضو سلول واحد يعني رزوناتور آنها به گونه‌اي كه با تغييرات هندسه آن افت انتقال مناسب را در بازه فركانسي دلخواه را يافت داشته باشيم. در پايان اين قسمت با حذف انباره اگزوز و باكاربرد يكپارچه اين فرامواد به صورت استوانه‌اي تاثيرات و رفتار آنها مورد بررسي قرار گرفته است. پس از استخراج نتايج براي صحه‌گذاري روش كار به مطالعه عملي فرامواد آكوستيكي پرداخته شده، ابتدا جعبه‌اي از فرامواد آكوستيكي به وسيله چاپگر سه بعدي ساخته و به مقايسه آن با جعبه‌هايي همچون ام دي اف و پلكسي گلسپرداخته و نشان داده شد كه اين مواد در چه بازه فركانسي‌هايي نسبت به ديگر مواد رفتار بهتري را از خود نشان داده اند. ابتدا بامدل‌سازيدرنرم افزارساليدورك ،شبيه‌سازي جهت بررسي افت انتقال در انباره و مدل كامل سيستم اگزوز در نرمافزاركامسول وهمچنين شبيه سازي مكعبات فرامواد آكوستيكي ازنرم افزار آباكوس با روش المان محدود بدست خواهدآمد. نتايج حاصله افت انتقال در بازه فركانسي مشخص قابل قبول بوده است به عنوان مثال انباره توخالي از افت انتقال10 دسي بل نسبت به انباره با وجود بافل به افت انتقال 65 تا 85 دسي بل در سه بازه فركانسي دلخواه (كم، متوسط و بالا) افزايش يافته است. در پايان نيز نتايج حاصله از آزمون عملي جعبه‌‌هاي فرامواد جهت اعتبارسنجي خوب بوده است به نحوي كه تا 15 دسي بل كاهش نويز را در بر داشته است. در نهايت هدايتگر با وجود صفحات با ساختار فرامواد مربعي و شش ضلعي با مدل مرسوم انباره ( با وجود ورقه) مقايسه گرديده است كه دو ساختار فرامواد به ترتيب 15 و 30 دسي بل افت انتقال بيشتر را از خود نسبت به مدل مرسوم نشان داده‌اند.

1397/06/21

Using acoustic metamaterial structures in exhaust system muffler to reduce noise levels

9/12/2018 12:00:00 AM

Nowadays, in order to reduce noise and increase passenger comfort, acoustical materialsare used as barriers, or sound-absorbers. Acoustic metamaterials are artificial materials made from single unit cells smaller than the length of the sound wave they encounter, which can reduce the amplitudeof sound waves efficiently in the specific frequency range.Researchersare interested in the applications of this phenomenon in the fields of aerospace, automotive and control sound pollution. Since so far no research has been done on the use of these materials in cars, hence, in this thesis, first of all acoustic metamaterial baffle with a local resonator in the form of a circle containing unit cellswith mass and springs are designed. This baffles are placed in the exhaust pipeand the effect of these materials in terms of noise cancelation is investigated.By tuning its geometry we found the appropriate stop band and transmission loss in the desired frequency range. At the end of this section, with eliminating of the muffler from the exhaust system and with using baffle in whole exhaust pipes, their effects and their behavior have been investigated. After extracting the results for verification of the method,an experimental study of the acoustic matematerial was performed; first a cube of acoustic metamaterial with local resonators was constructed by a 3D printer and compared with cubes of MDF and Plexiglas, and it was shown that this metamaterial has behaved much better than conventional materials in terms of Transmission Loss. The methodology is achieved by modeling in the Solidworks software, and simulation has done for obtaining the transmission loss of the exhaust and the complete modeling of the exhaust system in Comsol software, as well as simulating the cubes in Abaqus software with finite element method. The result of the transmission loss at the specified frequency range is acceptable. For example,an empty exhaust with the 10 dB transmission loss compared to an exhaust which contains baffles in three frequency ranges (low, medium and high) increased up to the 65 to 85 dB. In the end, the results of the experimental test were good for validationin a way that we had reduction of weight and noise simultaneously.