【文章內(nèi)容簡介】 ............................................................................... 65 本章小結(jié) .............................................................................................................................. 655 排氣消聲器快速設(shè)計系統(tǒng)開發(fā)與應(yīng)用 ................................................................. 67 系統(tǒng)的開發(fā) .......................................................................................................................... 67 實例應(yīng)用及程序操作 .......................................................................................................... 68 設(shè)計目標 ..................................................................................................................... 68 選型設(shè)計 ..................................................................................................................... 69 選型結(jié)果實驗驗證 ..................................................................................................... 73 實例評價與修改 ......................................................................................................... 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.......................................................................................................................................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入 21 世紀以來，隨著全球經(jīng)濟的高速發(fā)展，交通運輸業(yè)得以迅猛發(fā)展，但汽車所帶來的噪聲問題也日趨嚴重。目前，我國城市中心區(qū)域的噪聲普遍在 80 分貝以上，且呈逐漸上升趨勢，據(jù) 2009 年《中國環(huán)境狀況公報》顯示，我國仍有 %的城市區(qū)域環(huán)境噪聲未能達到國家限制標準[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)動機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)保意識的加強以及全球石油危機的頻現(xiàn)，國家逐漸提高了汽車排放和經(jīng)濟性能的法規(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意義和學(xué)術(shù)意義。在如今市場經(jīng)濟和企業(yè)信息化高速發(fā)展的時代，企業(yè)必須擁有敏銳的市場洞察能力，能在最短的開發(fā)時間內(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競爭中處于不敗之地。簡而言之，目前國內(nèi)汽車產(chǎn)品制造企業(yè)之間的競爭是圍繞時間、質(zhì)量、成本、服務(wù)和環(huán)境所開展的競爭[4]。據(jù)有關(guān)統(tǒng)計顯示，在絕大多數(shù)機械產(chǎn)品開發(fā)中，40%是對過去的零部件產(chǎn)品進行重用，40%只是根據(jù)具體目標要求對現(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嚬I(yè)的發(fā)展，2009 年我國首次成為世界汽車產(chǎn)銷量第一大國，2010 年全國汽車產(chǎn)銷 萬輛和 萬輛，同比分別增長 %和 %[7]。但在這個“全球第一”中，我國自主品牌汽車的比重僅為 29%，因此我國還只是一個汽車制造大國，與西方工業(yè)強國相比，我國的汽車業(yè)設(shè)計技術(shù)水平還很低。差距主要表現(xiàn)在我國汽車企業(yè)對市場的快速反應(yīng)能力差；企業(yè)自主創(chuàng)新能力差；設(shè)計經(jīng)驗知識儲備量少；產(chǎn)品設(shè)計知識的重用率低；零部件專業(yè)設(shè)計軟件嚴重缺乏。到目前為止，我國排氣消聲器設(shè)計仍以變形設(shè)計與實驗對比改進為主，即針對現(xiàn)有某款排氣消聲器進行照搬或改進，演變?yōu)槿舾煞桨福賹@些方案進行臺架或整車試驗，通過試驗結(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，若不滿足又進行改進和試驗，以達到設(shè)計目的為止。由于目前我國大部分汽車設(shè)計生產(chǎn)企業(yè)的設(shè)計經(jīng)驗知識儲備較少，變形設(shè)計時往往只從同一級的單一車型出發(fā)，很難找到適合新產(chǎn)品的最佳變形開發(fā)母體；在對篩選2出的消聲器進行性能評估時，也只是主觀的對消聲器的聲學(xué)性能、空氣動力性能及制造成本進行單一方面的評價，而這些性能指標往往又是相互矛盾的，沒有形成從多角度綜合評價消聲器整體性能的體系，所以評價結(jié)果缺乏實質(zhì)性的說服力。這種排氣消聲器設(shè)計和評價方法即浪費了人力物力，延長了產(chǎn)品開發(fā)周期，又達不到最佳綜合性能效果。通過對目前國內(nèi)消聲器設(shè)計特點的分析可以發(fā)現(xiàn)，實現(xiàn)排氣消聲器快速設(shè)計的關(guān)鍵是在提高設(shè)計系統(tǒng)智能化的前提下，有效地利用現(xiàn)有產(chǎn)品的設(shè)計信息資源和經(jīng)驗?；趯嵗耐评硎侨斯ぶ悄苤行箩绕鸬囊豁椫匾评矸椒?，其核心思想是在進行問題求解時直接利用以往的成功經(jīng)驗[8]。將它應(yīng)用于汽車排氣消聲設(shè)計領(lǐng)域，就是在以往豐富的成熟設(shè)計實例基礎(chǔ)上，根據(jù)設(shè)計目標的特點檢索出最相似的實例，以此作為開發(fā)母體，并對其進行相應(yīng)的修改后使其各項性能指標達到設(shè)計目標要求。這種基于實例的推理技術(shù)符合現(xiàn)今排氣消聲器設(shè)計人員進行變形設(shè)計的傳統(tǒng)習慣和思維方式，是實現(xiàn)排氣消聲器快速設(shè)計的重要方法之一。因此，我們把基于實例的推理技術(shù)作為實現(xiàn)汽車排氣消聲器快速設(shè)計的主要手段，這對提高排氣消聲器設(shè)計效率和設(shè)計綜合質(zhì)量具有十分重要的意義。 課題的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 消聲器設(shè)計方法研究現(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)合式消聲器和主動消聲器四大類[9]。汽車排氣消聲器是多學(xué)科知識的有機結(jié)合體，涉及到氣體流動、傳熱、振動、聲學(xué)以及發(fā)動機性能和結(jié)構(gòu)學(xué)等，具有一定的復(fù)雜性[10]。隨著時間的變遷，排氣消聲器的設(shè)計由最初的單純經(jīng)驗設(shè)計逐漸轉(zhuǎn)向為設(shè)計理論+經(jīng)驗+計算機輔助工程+試驗的多元化設(shè)計。1922 年，美國專家 Stewart 率先用聲濾波器理論指導(dǎo)抗性消聲器的設(shè)計，拉開了消聲器設(shè)計理論研究的序幕[11]。20 世紀 50 年代起 Davis、Crocker、Igarashi 等人采用一維波動方程，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，對消聲器消聲單元的四極參數(shù)矩陣進行了研究，建立了無氣體流動條件下各種消聲結(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算問題，但仍然沒有考慮溫度梯度的影響。此后，隨著對氣流和溫度的研究進一步深入，對利用傳遞矩陣法計算設(shè)計消聲器才有較全面的論述。與此同時，數(shù)值方法隨著計算機的發(fā)展而發(fā)展起來。1975年，Young和Crocker最先使用有限元法預(yù)測了膨脹腔消聲器的傳遞損失[15]，1987 年，Munjal 用配點法3對矩形和圓形簡單膨脹腔消聲器進行了三維分析[16]。在消聲器設(shè)計理論方面，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)計模型[17][18]。由于一維聲波理論在工程實踐中往往難以滿足要求，常常會出現(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)了大量運用三維聲學(xué)、流體力學(xué)分析軟件進行消聲器性能分析與設(shè)計的研究和論文[19][20]。在設(shè)計經(jīng)驗總結(jié)方面，1973 年，日本的福田基一推出的排氣消聲器容積計算的統(tǒng)計關(guān)系[9]；英國的 和美國的 Dean 經(jīng)過對當時大量數(shù)據(jù)的總結(jié)，得出了對排氣消聲器容積的經(jīng)驗估算公式。國內(nèi)對排氣噪聲的研究起步比較晚，直到 1979 年我國頒布執(zhí)行機動車輛噪聲標準后才開始進行，1989 年，林大淵等人分析整理了國內(nèi)外大量排氣消聲器的結(jié)構(gòu)參數(shù)和性能指標，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)計消聲器的實踐經(jīng)驗，對國內(nèi)外現(xiàn)有的排氣消聲器主要指標的經(jīng)驗公式進行了比對，并提出了精確度較高的排氣消聲器容積計算經(jīng)驗公式[22][23]。在此期間，國內(nèi)學(xué)者對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]，進入 21 世紀，國內(nèi)大部分學(xué)者也開始采用有限元、邊界元等方法進行數(shù)值模擬計算，但基本上是模仿國外的技術(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]。使用國際先進的設(shè)計理念進行消聲器的設(shè)計更是鮮有報道。目前，國內(nèi)外學(xué)者對排氣消聲器設(shè)計方法的研究主要集中在計算、優(yōu)化和加快仿真速度上面，而忽視了選型過程的重要性。 基于實例推理的設(shè)計方法研究現(xiàn)狀基于實例的推理（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類似，它來自人類的認知心理活動[29]。它是由目標實例的提示而得到歷史記憶中的相似實例，并由相似實例來指導(dǎo)目標實例求解的一種策略[30]；它不需要設(shè)計人員從案例中提取規(guī)則，從而解決了知識獲取的瓶頸，降低了知識獲取的難度，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