【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 ............................................................................... 65 本章小結(jié) .............................................................................................................................. 655 排氣消聲器快速設(shè)計(jì)系統(tǒng)開發(fā)與應(yīng)用 ................................................................. 67 系統(tǒng)的開發(fā) .......................................................................................................................... 67 實(shí)例應(yīng)用及程序操作 .......................................................................................................... 68 設(shè)計(jì)目標(biāo) ..................................................................................................................... 68 選型設(shè)計(jì) ..................................................................................................................... 69 選型結(jié)果實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證 ..................................................................................................... 73 實(shí)例評(píng)價(jià)與修改 ......................................................................................................... 74 數(shù)據(jù)庫管理模塊 ......................................................................................................... 75VII 權(quán)重管理模塊 ............................................................................................................. 75 本章小結(jié) .............................................................................................................................. 766 總結(jié)與展望............................................................................................................................77 論文總結(jié) .............................................................................................................................. 77 后續(xù)研究展望 ...................................................................................................................... 78致 謝.......................................................................................................................................79參考文獻(xiàn).......................................................................................................................................81附 錄.......................................................................................................................................87A 作者在攻讀碩士期間發(fā)表的論文............................................................................................ 87B 作者在攻讀碩士學(xué)位期間取得的科研成果............................................................................ 871Equation Section (Next)1 緒論 課題研究背景和意義進(jìn)入 21 世紀(jì)以來，隨著全球經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，交通運(yùn)輸業(yè)得以迅猛發(fā)展，但汽車所帶來的噪聲問題也日趨嚴(yán)重。目前，我國(guó)城市中心區(qū)域的噪聲普遍在 80 分貝以上，且呈逐漸上升趨勢(shì)，據(jù) 2009 年《中國(guó)環(huán)境狀況公報(bào)》顯示，我國(guó)仍有 %的城市區(qū)域環(huán)境噪聲未能達(dá)到國(guó)家限制標(biāo)準(zhǔn)[1]；噪聲污染的危害程度已僅次于廢水與廢氣，成為現(xiàn)代城市三大公害之一[2]；其中汽車噪聲是現(xiàn)代城市中環(huán)境噪聲的最主要組成部分，發(fā)動(dòng)機(jī)排氣噪聲又是汽車的主要噪聲源，往往比其他噪聲源高1015dB(A)[3]。當(dāng)前，安裝排氣消聲器是降低汽車排氣噪聲最有效最直接的方法。近幾年隨著全民環(huán)保意識(shí)的加強(qiáng)以及全球石油危機(jī)的頻現(xiàn)，國(guó)家逐漸提高了汽車排放和經(jīng)濟(jì)性能的法規(guī)要求，這就要求汽車企業(yè)必須研制出具有較好聲學(xué)和空氣動(dòng)力學(xué)性能的排氣消聲器產(chǎn)品。因此，研究出高性能排氣消聲器，對(duì)于降低交通噪聲、減少城市環(huán)境噪聲污染和能源消耗具有重要的社會(huì)意義和學(xué)術(shù)意義。在如今市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)和企業(yè)信息化高速發(fā)展的時(shí)代，企業(yè)必須擁有敏銳的市場(chǎng)洞察能力，能在最短的開發(fā)時(shí)間內(nèi)，開發(fā)出成本最低、質(zhì)量最好的產(chǎn)品，才能在日益激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中處于不敗之地。簡(jiǎn)而言之，目前國(guó)內(nèi)汽車產(chǎn)品制造企業(yè)之間的競(jìng)爭(zhēng)是圍繞時(shí)間、質(zhì)量、成本、服務(wù)和環(huán)境所開展的競(jìng)爭(zhēng)[4]。據(jù)有關(guān)統(tǒng)計(jì)顯示，在絕大多數(shù)機(jī)械產(chǎn)品開發(fā)中，40%是對(duì)過去的零部件產(chǎn)品進(jìn)行重用，40%只是根據(jù)具體目標(biāo)要求對(duì)現(xiàn)有零部件產(chǎn)品稍做修改，而全新的產(chǎn)品正向設(shè)計(jì)僅占 20%，由此可以看出以往成熟的產(chǎn)品在新產(chǎn)品開發(fā)過程中的扮演著十分重要的角色[5][6]?；赝覈?guó)汽車工業(yè)的發(fā)展，2009 年我國(guó)首次成為世界汽車產(chǎn)銷量第一大國(guó)，2010 年全國(guó)汽車產(chǎn)銷 萬輛和 萬輛，同比分別增長(zhǎng) %和 %[7]。但在這個(gè)“全球第一”中，我國(guó)自主品牌汽車的比重僅為 29%，因此我國(guó)還只是一個(gè)汽車制造大國(guó)，與西方工業(yè)強(qiáng)國(guó)相比，我國(guó)的汽車業(yè)設(shè)計(jì)技術(shù)水平還很低。差距主要表現(xiàn)在我國(guó)汽車企業(yè)對(duì)市場(chǎng)的快速反應(yīng)能力差；企業(yè)自主創(chuàng)新能力差；設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)知識(shí)儲(chǔ)備量少；產(chǎn)品設(shè)計(jì)知識(shí)的重用率低；零部件專業(yè)設(shè)計(jì)軟件嚴(yán)重缺乏。到目前為止，我國(guó)排氣消聲器設(shè)計(jì)仍以變形設(shè)計(jì)與實(shí)驗(yàn)對(duì)比改進(jìn)為主，即針對(duì)現(xiàn)有某款排氣消聲器進(jìn)行照搬或改進(jìn)，演變?yōu)槿舾煞桨?，再?duì)這些方案進(jìn)行臺(tái)架或整車試驗(yàn)，通過試驗(yàn)結(jié)果（傳遞損失、插入損失、壓力損失及制造成本）逐一判斷是否滿足要求，若不滿足又進(jìn)行改進(jìn)和試驗(yàn)，以達(dá)到設(shè)計(jì)目的為止。由于目前我國(guó)大部分汽車設(shè)計(jì)生產(chǎn)企業(yè)的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)知識(shí)儲(chǔ)備較少，變形設(shè)計(jì)時(shí)往往只從同一級(jí)的單一車型出發(fā)，很難找到適合新產(chǎn)品的最佳變形開發(fā)母體；在對(duì)篩選2出的消聲器進(jìn)行性能評(píng)估時(shí)，也只是主觀的對(duì)消聲器的聲學(xué)性能、空氣動(dòng)力性能及制造成本進(jìn)行單一方面的評(píng)價(jià)，而這些性能指標(biāo)往往又是相互矛盾的，沒有形成從多角度綜合評(píng)價(jià)消聲器整體性能的體系，所以評(píng)價(jià)結(jié)果缺乏實(shí)質(zhì)性的說服力。這種排氣消聲器設(shè)計(jì)和評(píng)價(jià)方法即浪費(fèi)了人力物力，延長(zhǎng)了產(chǎn)品開發(fā)周期，又達(dá)不到最佳綜合性能效果。通過對(duì)目前國(guó)內(nèi)消聲器設(shè)計(jì)特點(diǎn)的分析可以發(fā)現(xiàn)，實(shí)現(xiàn)排氣消聲器快速設(shè)計(jì)的關(guān)鍵是在提高設(shè)計(jì)系統(tǒng)智能化的前提下，有效地利用現(xiàn)有產(chǎn)品的設(shè)計(jì)信息資源和經(jīng)驗(yàn)?；趯?shí)例的推理是人工智能中新崛起的一項(xiàng)重要推理方法，其核心思想是在進(jìn)行問題求解時(shí)直接利用以往的成功經(jīng)驗(yàn)[8]。將它應(yīng)用于汽車排氣消聲設(shè)計(jì)領(lǐng)域，就是在以往豐富的成熟設(shè)計(jì)實(shí)例基礎(chǔ)上，根據(jù)設(shè)計(jì)目標(biāo)的特點(diǎn)檢索出最相似的實(shí)例，以此作為開發(fā)母體，并對(duì)其進(jìn)行相應(yīng)的修改后使其各項(xiàng)性能指標(biāo)達(dá)到設(shè)計(jì)目標(biāo)要求。這種基于實(shí)例的推理技術(shù)符合現(xiàn)今排氣消聲器設(shè)計(jì)人員進(jìn)行變形設(shè)計(jì)的傳統(tǒng)習(xí)慣和思維方式，是實(shí)現(xiàn)排氣消聲器快速設(shè)計(jì)的重要方法之一。因此，我們把基于實(shí)例的推理技術(shù)作為實(shí)現(xiàn)汽車排氣消聲器快速設(shè)計(jì)的主要手段，這對(duì)提高排氣消聲器設(shè)計(jì)效率和設(shè)計(jì)綜合質(zhì)量具有十分重要的意義。 課題的國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 消聲器設(shè)計(jì)方法研究現(xiàn)狀排氣消聲器是一種阻止聲傳播而允許氣流通過的降噪裝置，是控制氣流噪聲的主要技術(shù)措施[3]。按照消聲機(jī)理不同，可將消聲器分為阻性消聲器、抗性消聲器、阻抗復(fù)合式消聲器和主動(dòng)消聲器四大類[9]。汽車排氣消聲器是多學(xué)科知識(shí)的有機(jī)結(jié)合體，涉及到氣體流動(dòng)、傳熱、振動(dòng)、聲學(xué)以及發(fā)動(dòng)機(jī)性能和結(jié)構(gòu)學(xué)等，具有一定的復(fù)雜性[10]。隨著時(shí)間的變遷，排氣消聲器的設(shè)計(jì)由最初的單純經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)逐漸轉(zhuǎn)向?yàn)樵O(shè)計(jì)理論+經(jīng)驗(yàn)+計(jì)算機(jī)輔助工程+試驗(yàn)的多元化設(shè)計(jì)。1922 年，美國(guó)專家 Stewart 率先用聲濾波器理論指導(dǎo)抗性消聲器的設(shè)計(jì)，拉開了消聲器設(shè)計(jì)理論研究的序幕[11]。20 世紀(jì) 50 年代起 Davis、Crocker、Igarashi 等人采用一維波動(dòng)方程，利用截面突變處聲壓和體積速度連續(xù)條件和等效電路方法，對(duì)消聲器消聲單元的四極參數(shù)矩陣進(jìn)行了研究，建立了無氣體流動(dòng)條件下各種消聲結(jié)構(gòu)聲波傳遞特性的理論公式[12][13]。70 年代 DoigeAG 和Thawani P T 提出了存在氣流影響時(shí)的聲波傳播理論[14]，才逐步建立起考慮氣流的聲波傳遞特性的理論計(jì)算問題，但仍然沒有考慮溫度梯度的影響。此后，隨著對(duì)氣流和溫度的研究進(jìn)一步深入，對(duì)利用傳遞矩陣法計(jì)算設(shè)計(jì)消聲器才有較全面的論述。與此同時(shí)，數(shù)值方法隨著計(jì)算機(jī)的發(fā)展而發(fā)展起來。1975年，Young和Crocker最先使用有限元法預(yù)測(cè)了膨脹腔消聲器的傳遞損失[15]，1987 年，Munjal 用配點(diǎn)法3對(duì)矩形和圓形簡(jiǎn)單膨脹腔消聲器進(jìn)行了三維分析[16]。在消聲器設(shè)計(jì)理論方面，目前已建立了一維平面波理論、非聲波法和特性線理論，并用聲學(xué)邊界元法建立了二維聲學(xué)邊界元消聲器設(shè)計(jì)模型[17][18]。由于一維聲波理論在工程實(shí)踐中往往難以滿足要求，常常會(huì)出現(xiàn)較大偏差，所以邊界元法與有限元法受到越來越多的重視，期間出現(xiàn)了大量運(yùn)用三維聲學(xué)、流體力學(xué)分析軟件進(jìn)行消聲器性能分析與設(shè)計(jì)的研究和論文[19][20]。在設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)總結(jié)方面，1973 年，日本的福田基一推出的排氣消聲器容積計(jì)算的統(tǒng)計(jì)關(guān)系[9]；英國(guó)的 和美國(guó)的 Dean 經(jīng)過對(duì)當(dāng)時(shí)大量數(shù)據(jù)的總結(jié)，得出了對(duì)排氣消聲器容積的經(jīng)驗(yàn)估算公式。國(guó)內(nèi)對(duì)排氣噪聲的研究起步比較晚，直到 1979 年我國(guó)頒布執(zhí)行機(jī)動(dòng)車輛噪聲標(biāo)準(zhǔn)后才開始進(jìn)行，1989 年，林大淵等人分析整理了國(guó)內(nèi)外大量排氣消聲器的結(jié)構(gòu)參數(shù)和性能指標(biāo)，得出了插入損失、排氣背壓與容積比的近似比例關(guān)系[21]。2001 年，林輝江根據(jù)自身多年設(shè)計(jì)消聲器的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，對(duì)國(guó)內(nèi)外現(xiàn)有的排氣消聲器主要指標(biāo)的經(jīng)驗(yàn)公式進(jìn)行了比對(duì)，并提出了精確度較高的排氣消聲器容積計(jì)算經(jīng)驗(yàn)公式[22][23]。在此期間，國(guó)內(nèi)學(xué)者對(duì)消聲器的理論研究主要集中在各消聲單元傳遞矩陣的修正和優(yōu)化[24][25]，進(jìn)入 21 世紀(jì)，國(guó)內(nèi)大部分學(xué)者也開始采用有限元、邊界元等方法進(jìn)行數(shù)值模擬計(jì)算，但基本上是模仿國(guó)外的技術(shù)，通常只做定性分析，定量分析的較少，而且精度還不夠高[2628]。使用國(guó)際先進(jìn)的設(shè)計(jì)理念進(jìn)行消聲器的設(shè)計(jì)更是鮮有報(bào)道。目前，國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)排氣消聲器設(shè)計(jì)方法的研究主要集中在計(jì)算、優(yōu)化和加快仿真速度上面，而忽視了選型過程的重要性。 基于實(shí)例推理的設(shè)計(jì)方法研究現(xiàn)狀基于實(shí)例的推理（Casebased Reasoning，CBR）是人工智能（ArtificialIntelligence，AI）領(lǐng)域新近崛起的一種區(qū)別于基于規(guī)則推理的推理模式，其推理過程與人類處理日常問題的推理活動(dòng)類似，它來自人類的認(rèn)知心理活動(dòng)[29]。它是由目標(biāo)實(shí)例的提示而得到歷史記憶中的相似實(shí)例，并由相似實(shí)例來指導(dǎo)目標(biāo)實(shí)例求解的一種策略[30]；它不需要設(shè)計(jì)人員從案例中提取規(guī)則，從而解決了知識(shí)獲取的瓶頸，降低了知識(shí)獲取的難度，解決問題的速度快。CBR 是人類三種思維（直覺、邏輯、創(chuàng)造性思維）的一種