KR100878953B1

KR100878953B1 - Analysis method for deducing noise of muffler using finite elements method

Info

Publication number: KR100878953B1
Application number: KR1020060035564A
Authority: KR
Inventors: 하태선
Original assignee: 기아자동차주식회사
Priority date: 2006-04-20
Filing date: 2006-04-20
Publication date: 2009-01-19
Also published as: KR20070103799A

Abstract

본 발명은 유한요소법을 이용한 배기계 방사음 저감 해석 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 많은 비용과 시간을 요구하는 단점과 함께 소음기의 고유진동수를 해석하여 방사음을 예측하므로 방사음을 판단할 수 있는 기준이 되지 못하는 문제점을 내포하고 있는 현존 실험에 의한 방법을 개선하여, 비용과 시간을 절감할 수 있고 유한요소 모델링 방법과 소음기 단품 강성 기준을 마련할 수 있도록 한 유한요소법을 이용한 배기계 방사음 저감 해석 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for reducing emission analysis of exhaust system using the finite element method. More particularly, the present invention relates to a method for reducing sound emissions by analyzing the natural frequency of a silencer with the disadvantage of requiring much cost and time. Exhaust system emission reduction analysis using finite element method that can reduce cost and time, improve finite element modeling method and silencer unit stiffness standard by improving existing test method which includes problem that is not standard It is about a method.

이를 위해, 본 발명은 배기계 소음기를 상하판과 그 내부의 내측 파이프 및 배플을 포함하여 유한요소 모델링하는 단계와; 상기 모델링된 소음기에 대한 고유진동수를 검출하는 단계와; 상기 모델링된 소음기의 표면 진동속도를 검출하는 단계와; 상기 표면 진동속도를 적분하여 리셉턴스로 치환후 소음기의 등가강성값을 계산하는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 유한요소법을 이용한 배기계 방사음 저감 해석 방법을 제공한다.To this end, the present invention comprises the steps of finite element modeling the exhaust system silencer including the upper and lower plates and inner pipes and baffles therein; Detecting a natural frequency for the modeled silencer; Detecting a surface vibration velocity of the modeled silencer; Integrating the surface vibration speed and calculating the equivalent stiffness value of the silencer after the substitution by the response provides an exhaust system radiation acoustic emission reduction method using the finite element method characterized in that.

유한요소법, 모델링, 배기계 방사음, 해석 방법, 소음기 Finite element method, modeling, exhaust sound system, analysis method, silencer

Description

Analysis method for deducing noise of muffler using finite elements method

도 1은 일반적인 소음기 구조를 설명하는 개략도, 1 is a schematic diagram illustrating a general silencer structure;

도 2는 본 발명에 따른 유한요소법을 이용한 배기계 방사음 저감 해석 방법중 소음기 유한요소 모델링 예를 나타내는 개략도,Figure 2 is a schematic diagram showing an example of a silencer finite element modeling method of the exhaust system radiation reduction analysis using the finite element method according to the present invention,

도 3은 본 발명에 따른 유한요소법을 이용한 배기계 방사음 저감 해석 방법중 소음기 상하판을 모델링한 경우와, 전체(상하판, 내측파이프, 배플)를 모델링한 경우의 고유진동수 측정결과를 설명하는 개략도,3 is a schematic diagram illustrating natural frequency measurement results when modeling the upper and lower silencers of the exhaust system radiation noise analysis method using the finite element method according to the present invention and when modeling the whole (upper and lower panels, inner pipes, baffles); ,

도 4는 본 발명에 따른 유한요소법을 이용한 배기계 방사음 저감 해석 방법중 소음기 주파수 응답 해석에서 입력과 출력방법을 설명하는 개략도,Figure 4 is a schematic diagram illustrating the input and output method in the silencer frequency response analysis of the exhaust system radiation reduction method using the finite element method according to the present invention,

도 5는 본 발명에 따른 유한요소법을 이용한 배기계 방사음 저감 해석 방법중 주파수 응답 해석을 위한 입력점과 출력점을 설명하는 개략도,5 is a schematic diagram illustrating an input point and an output point for frequency response analysis of the exhaust system radiation reduction analysis method using the finite element method according to the present invention;

도 6은 도 5의 소음기 모델1에 대한 주파수 응답 해석 결과를 나타내는 그래프,6 is a graph showing a frequency response analysis result for the silencer model 1 of FIG. 5;

도 7은 도 5의 소음기 모델2에 대한 주파수 응답 해석 결과를 나타내는 그래프,7 is a graph showing a frequency response analysis result for the silencer model 2 of FIG. 5;

도 8은 도 5의 소음기 모델1과 모델2의 주파수 응답 해석 결과를 비교한 그래프,8 is a graph comparing frequency response analysis results of the silencer model 1 and model 2 of FIG. 5;

도 9는 본 발명에 따른 유한요소법을 이용한 배기계 방사음 저감 해석 방법을 설명하는 순서도.9 is a flow chart illustrating a method for analyzing exhaust system radiation reduction using the finite element method according to the present invention.

통상적으로, 자동차는 소음원에 따라 여러가지 소음을 발생하며, 그 중 배기계 소음에는 배기가스의 흐름이 흐트러져 발생하는 배기음과, 배기가스의 흐름 자체나 기관의 진동으로 소음기 표면이 진동하여 발생하는 방사음 등이 있다.In general, automobiles generate various noises according to noise sources, and among the exhaust system noises, exhaust noise generated by the flow of exhaust gas is disturbed, and radiation noise generated by vibration of the silencer surface due to the flow of the exhaust gas itself or engine vibration. There is this.

이러한 배기계 소음은 차량의 실내 뿐만아니라 그 주변의 사람들에게 소음 스트레스로서 영향을 미치기 때문에 소음의 효율적인 제거 내지 저감 방안이 모색되고 있다.Since the exhaust system noise affects not only the interior of the vehicle but also people around it as a noise stress, efficient methods for removing or reducing the noise have been sought.

자동차의 배기계 소음을 제거하는 방법은 각 소음원의 강도와 차종에 따라 모두 다르며, 각 음원이 차량외 소음에 대하여 어느 정도의 영향을 미치는지를 파악하는 것이 소음대책을 세우는 데 매우 중요하다 할 것이며, 따라서 배기계 방사음을 저감시키기 위한 해석이 필히 선행되어야 한다.The method of eliminating the exhaust system noise of a car depends on the intensity and the vehicle type of each noise source, and it is very important to make noise countermeasures to understand how each sound source affects the noise outside the vehicle. Analysis to reduce exhaust system radiation must be preceded.

종래의 배기계 방사음을 저감시키기 위한 해석 방법은 주행중 또는 다이나모에 연결된 차량에서 배기계 또는 실내에서 소음을 측정하고 소음 정도의 심각성을 사람이 판단하는 방법만이 있을 뿐, 배기계 방사음 저감을 위한 해석적 방법에 대한 기술은 현재까지 전무하다.Conventional analysis methods for reducing the emission noise of the exhaust system is only the method of measuring the noise in the exhaust system or indoors while driving or in a vehicle connected to the dynamo, and determining the severity of the noise level. There is no description of the method to date.

또한, 배기계 소음기를 설계하는 과정에 있어서 방사음을 줄이기 위한 시험을 사용할 경우, 샘플 제작에 들어가는 많은 비용과 시험 시간, 노력 등은 설계자에게 부담으로 작용하고 있으며, 미리 컴퓨터를 통한 모의 실험(해석)을 이용한다면 이러한 비용과 시간을 절약 할 수 있을 것으로 기대된다.In addition, when using a test to reduce radiated noise in the process of designing an exhaust system silencer, the cost, test time, and effort for sample production are burdensome to the designer, and simulated by a computer in advance. It is expected that this cost and time can be saved.

그러나, 현재의 배기계 방사음을 저감하기 위한 해석 방법은 방사음에 관하여 명확한 해석 방법을 규정하지 못하는 수준에 머물러 있고, 단순히 고유진동수를 검출하여 높은 강성의 소음기가 방사음에 유리하다는 결론을 내리고 있을 뿐이다.However, the current analysis method for reducing the emission noise of the exhaust system remains at a level that does not define a clear interpretation method for the radiation sound, and it is concluded that the high stiffness silencer is advantageous for the radiation sound simply by detecting the natural frequency. It is only.

한편, 소음기 외판 강성이 강할수록 배기가스 또는 기관의 진동에 의한 소음기 표면 진동속도가 작아져서 방사음이 작아질 수도 있으나, 서로 다른 구조와 질량을 가지는 소음기를 비교할 경우 고유진동수의 주파수가 높고 낮음에 의해 방사음을 판단할 수는 없다.On the other hand, the higher the stiffness of the silencer shell, the smaller the vibration speed of the silencer surface due to the exhaust gas or engine vibration, and thus the lower the sound level.However, when comparing silencers having different structures and masses, the frequencies of natural frequencies are high and low. It is not possible to judge the sound of radiation.

그 이유는 서로 다른 질량과 구조를 가진다면 같은 주파수라 하더라도 표면 진동속도는 다르게 검출될 것이고 또 경우에 따라서는 높은 고유진동수를 가지는 소음기가 더 낮은 표면진동속도를 가질 수도 있기 때문이다.The reason is that if they have different masses and structures, the surface vibration velocity will be detected differently even at the same frequency, and in some cases, a silencer with a high natural frequency may have a lower surface vibration velocity.

결국, 현재의 실험에 의존하는 방법은 많은 비용과 시간을 요구하며, 소음기의 고유진동수를 해석하여 방사음을 예측하는 방법은 방사음을 판단할 수 있는 기준이 되지 못하는 문제점이 있다.As a result, the method that depends on the current experiment requires a lot of cost and time, and the method of predicting the sound by analyzing the natural frequency of the silencer has a problem that can not be a criterion for determining the sound.

본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 연구된 결과물로서, 배기계 시스템중 소음기의 표면 진동속도를 해석적으로 검토하고자, 배기계 방사음과 표면 진동속도와의 관계를 이론적으로 설명하면서 소음기의 표면진동속도 측정을 위한 유한요소 모델링 방법 및 소음기의 단품 강성 기준을 마련할 수 있도록 한 유한요소법을 이용한 배기계 방사음 저감 해석 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention has been studied in view of the above points, in order to analyze the surface vibration speed of the silencer in the exhaust system analytically, while explaining the relationship between the exhaust sound and the surface vibration speed theoretically, the surface vibration speed of the silencer The purpose of the present invention is to provide a finite element modeling method for measurement and an exhaust emission reduction analysis method using the finite element method to provide a single component stiffness standard of the silencer.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 배기계 소음기를 상하판과 그 내부의 내측 파이프 및 배플을 포함하여 유한요소 모델링하는 단계와; 상기 모델링된 소음기에 대한 고유진동수를 검출하는 단계와; 상기 모델링된 소음기의 표면 진동속도를 검출하는 단계와; 상기 표면 진동속도를 적분하여 리셉턴스로 치환후 소음기의 등가강성값을 계산하는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 유한요소법을 이용한 배기계 방사음 저감 해석 방법을 제공한다.The present invention for achieving the above object comprises the steps of finite element modeling the exhaust system silencer including the upper and lower plates and inner pipes and baffles therein; Detecting a natural frequency for the modeled silencer; Detecting a surface vibration velocity of the modeled silencer; Integrating the surface vibration speed and calculating the equivalent stiffness value of the silencer after the substitution by the response provides an exhaust system radiation acoustic emission reduction method using the finite element method characterized in that.

바람직한 구현예로서, 상기 표면 진동속도를 검출하는 단계는 출력(응답)점에서 소음기 표면에 수직한 방향의 입력을 가하고 수직한 방향의 응답속도를 검출하며, 표면 진동속도를 검출하기 위한 입력은 단위 하중으로서 각 입력점에 0∼1000Hz의 주파수로 입력하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.In a preferred embodiment, the step of detecting the surface vibration velocity applies an input in a direction perpendicular to the surface of the muffler at an output (response) point and detects a response speed in the vertical direction, wherein the input for detecting the surface vibration velocity is in units It is characterized in that it is inputted to each input point as a load at the frequency of 0-1000 Hz.

더욱 바람직한 구현예로서, 상기 입력점과 출력점은 각 소음기 유한요소 모델에 대하여 표면 진동속도가 가장 높은 곳으로 결정하며, 상기 입력점 및 출력점은 소음기 유한요소 모델에 대한 고유진동수 해석을 통한 모드형상을 관찰하여 표면의 변위가 가장 큰 위치로 결정되도록 한 것을 특징으로 한다.In a more preferred embodiment, the input point and the output point are determined to have the highest surface vibration velocity for each silencer finite element model, and the input point and output point are modes through natural frequency analysis for the silencer finite element model. The shape is observed so that the displacement of the surface is determined to be the largest position.

이때, 상기 소음기 유한요소 모델에 대한 고유진동수 해석을 통해 소음기의 상하판 각 6점, 총 12점을 정하여 주파수응답 해석을 수행하는 것을 특징으로 한다.At this time, through the natural frequency analysis for the silencer finite element model, the frequency response analysis is performed by determining the top and bottom of each of the silencer 6 points, a total of 12 points.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조로 상세하게 설명하기로 한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

첨부한 도 9는 본 발명에 따른 유한요소법을 이용한 배기계 방사음 저감 해석 방법을 설명하는 순서도이다.9 is a flow chart illustrating a method for analyzing exhaust system radiation noise reduction using the finite element method according to the present invention.

본 발명은 배기계 방사음과 표면 진동속도와의 관계를 기반으로 소음기의 표면진동속도 측정을 위한 유한요소 모델링 방법 및 소음기의 단품 강성 기준을 마련할 수 있도록 한 점에 주안점이 있다.The present invention focuses on providing a finite element modeling method for measuring the surface vibration velocity of a silencer and a single component stiffness criterion based on the relationship between exhaust system radiation and surface vibration velocity.

먼저, 배기계 방사음과 소음기의 표면 진동속도와의 관계를 살펴보면 다음과 같다.First, the relationship between the exhaust system radiation and the surface vibration speed of the silencer is as follows.

배기계 방사음은 배기계 소음기의 음압에 관한 것으로, 이 음압은 표면 압력과 표면 속도분포의 함수로 표시되며, 이러한 유체공간의 조화 음원 분포로 발생되는 음장과 경계면 조건 등을 수학적으로 표현한 것이 아래의 식(1)에 나타낸 Kirchoff-Helmholtz 적분 방정식이다.The emission sound of the exhaust system is related to the sound pressure of the exhaust system silencer. The sound pressure is expressed as a function of the surface pressure and the surface velocity distribution. The sound field and interface conditions generated by the harmonic distribution of the fluid space are mathematically expressed by the following equation. Kirchoff-Helmholtz integration equation shown in (1).

.....(식1)

..... (Equation 1)

식(1)에서, r: 측정점,

: 유체부피 V에 있는 음원의 체적속도,

: 표면 S에서의 압력,

: 경계면에서 수직방향으로의 압력변화율, n: 단위수직벡터,

: 음원에서 측정점까지의 거리를 각각 나타낸다.In equation (1), r is the measuring point,

: Volume velocity of sound source in fluid volume V,

= Pressure at surface S,

Is the rate of change of pressure from the interface to the vertical direction, n is the unit vertical vector,

: Indicates the distance from the sound source to the measurement point.

무한 평면에 위의 식(1)을 적용시키면 수직방향속도 및 체적을 가진 음원분포로 단순화시킬 수 있다.Applying Equation (1) to the infinite plane can be simplified to sound source distribution with vertical velocity and volume.

상기 식(1)에 Rayleigh 적분 공식을 적용시키면, 상기

=0이 되므로, 이때의 음압 분포는 아래의 식(2)와 같이 표현될 수 있다.Applying the Rayleigh integration formula to Equation (1),

Since 0 becomes 0, the sound pressure distribution at this time may be expressed as in Equation (2) below.

.......(식2)

....... (Equation 2)

식(2)에서 U _n : 수직방향의 속도 이다.In equation (2), U _{n is the} vertical velocity.

위의 식(2)에서 보듯이, 소음기의 방사음은 소음기 외판의 표면진동속도와 직접적인 상관 관계를 가지므로, 소음기 표면의 표면 진동속도를 이용하여 방사음을 예측할 수 있다.As shown in Equation (2) above, since the sound of the silencer has a direct correlation with the surface vibration speed of the silencer shell, the sound of the silencer can be predicted using the surface vibration speed of the surface of the silencer.

여기서, 소음기 모델링 방법에 대하여 설명하면 다음과 같다.Here, the silencer modeling method will be described.

보통, 소음기의 구조는 첨부한 도 1에 도시된 바와 같이, ①소음기 상하판, ②내측 파이프, ③배플(baffle) 등 크게 3가지의 요소로 구성이 되는데, 상기 상하판은 용접 또는 롤(roll)타입으로 결합되고, 상기 내측 파이프와 배플은 상하판 내표면에 점용접 등의 방법으로 배열된다.Usually, as shown in the accompanying FIG. 1, the silencer is composed of three main components: ① silencer upper and lower plates, ② inner pipes, and ③ baffles. The upper and lower plates are welded or rolled. ), The inner pipe and the baffle are arranged on the inner surface of the upper and lower plates by spot welding or the like.

첨부한 도 2는 소음기에 대한 유한요소 모델링 실시예를 도시한 것으로서, 소음기의 상판을 제외한 상태에서 나타내고 있다.2 shows a finite element modeling embodiment of the silencer, which is shown in a state in which the top plate of the silencer is excluded.

도 2에서 보듯이, 상기 소음기의 상하판과 내측파이프, 배플을 모델링할 때, 특히 배플은 상하판과 압입된 상태에서 점용접을 하는 경우가 있는데, 이러한 압입 조건은 유한요소 모델링 방법중 변위구속의 방법을 사용하여 표현해 주어야 한다.As shown in FIG. 2, when modeling the upper and lower plates, the inner pipe and the baffle of the silencer, in particular, the baffle may be spot welded in the state in which the baffle is press-fitted with the upper and lower plates. It should be expressed using the method of.

이때, 소음기 모델링을 올바르게 하지 않을 경우 즉, 소음기 전체를 모델링하지 않고 상하판만 모델링한 경우에는 잘못된 결과를 얻을 수 있다.In this case, when the silencer modeling is not correct, that is, when only the upper and lower plates are modeled without modeling the entire silencer, incorrect results may be obtained.

이에, 상하판의 형상 및 모양이 다른 소음기 모델 1과 모델 2을 선정하여, 각 모델1과 모델2에 대한 고유진동수를 측정한 결과, 소음기의 상하판만 모델링 한 경우에는 모델1의 고유진동수가 모델2보다 높게 나타났으며, 소음기 전체를 모델링 한 경우에는 모델1의 고유진동수가 모델2보다 낮게 나타남을 알 수 있었다.Therefore, when the silencers Model 1 and Model 2 with different top and bottom shapes were selected and the natural frequencies of each of Model 1 and Model 2 were measured, the natural frequencies of Model 1 were modeled when only the top and bottom plates of the silencer were modeled. It was higher than Model 2, and when the whole silencer was modeled, the natural frequency of Model 1 was lower than Model 2.

보다 상세하게는, 아래의 표 1과 도 3에서 보는 바와 같이, 소음기 상하판을 모델링하고 내측 파이프와 배플을 모델링 하지 않은 경우 모델1의 고유진동수(273Hz)가 모델2의 고유진동수(231Hz)보다 높게 나타나고, 실제로 상하판과 그 내부에 내측 파이프와 배플을 함께 모델링하게 되면 모델2의 고유진동수(596Hz)가 모델1의 고유진동수(418Hz)보다 높게 나타났으며, 따라서 소음기의 모델링은 소음기의 상하판과 내측 파이프, 배플을 모두 모델링을 해주어야 하며 내측 파이프와 배플의 결합에 따라서도 민감하게 반응함을 알 수 있다.More specifically, as shown in Table 1 and FIG. 3 below, when modeling the upper and lower silencers and not the inner pipe and the baffle, the natural frequency (273 Hz) of Model 1 is higher than that of Model 2 (231 Hz). When the upper and lower plates and the inner pipe and baffle are modeled together, the natural frequency of model 2 is higher than the natural frequency of model 1 (418 Hz). Both the plate, the inner pipe and the baffle should be modeled and it can be seen that it reacts sensitively to the combination of the inner pipe and the baffle.

여기서, 소음기의 표면 진동속도 검출 방법에 대하여 설명하면 다음과 같다.Here, the method of detecting the surface vibration speed of the silencer is as follows.

상술한 "배기계 방사음과 표면 진동속도와의 관계"에서 보듯이 방사음은 소음기의 표면 진동속도에 비례하고, 표면 진동속도의 방향은 표면의 수직방향으로 작용한다.As shown in the above-described "Relationship between exhaust sound system sound and surface vibration rate", the radiation sound is proportional to the surface vibration speed of the silencer, and the direction of the surface vibration speed acts in the vertical direction of the surface.

상기 표면 진동속도는 도 4에 도시된 바와 같이 응답점에서 표면에 수직한 방향의 입력을 가하고 수직한 방향의 응답속도를 검출하며, 표면 진동속도를 검출하기 위한 입력은 단위 하중으로서 각 입력점에 0∼1000Hz의 주파수로 입력한다.As shown in FIG. 4, the surface vibration speed is applied to the input direction in the direction perpendicular to the surface at the response point, and detects the response speed in the vertical direction. The input for detecting the surface vibration speed is a unit load at each input point. Input at a frequency of 0 to 1000 Hz.

또한, 표면에 수직한 방향을 해석적으로 구현하기 위하여 입력과 응답점 요소의 수직방향이 유한요소 모델의 글로벌 좌표축의 X,Y,Z 방향과 동일한지 검토해 보아야 하며, 이때 입력/응답점 요소의 수직 방향이 글로벌 좌표축의 X,Y,Z 방향과 같은 경우에는 각각의 방향에 맞게 입력과 응답점의 방향을 결정해 줄 수 있지만, 만약 다르다면 입력/응답점 요소의 수직방향과 동일한 방향을 가지는 국소좌표계를 설정한다.In addition, in order to implement an analytical direction perpendicular to the surface, it is necessary to examine whether the vertical direction of the input and response point elements is the same as the X, Y, and Z directions of the global coordinate axis of the finite element model. If the vertical direction is the same as the X, Y, and Z directions of the global coordinate axis, the direction of the input and response points can be determined according to the respective directions, but if different, it has the same direction as the vertical direction of the input / response point element. Sets the local coordinate system.

먼저, 본 발명에 따른 소음기의 표면 진동속도 검출 방법의 일환으로 입력점과 응답속도를 측정할 곳을 정의한다.First, as part of the method for detecting the surface vibration speed of the silencer according to the present invention, the input point and the response speed are defined.

상기 입력점과 출력점은 각각의 모델에 대하여 표면 진동속도가 가장 높은 곳으로 결정하며, 이를 위해 소음기 유한요소 모델에 대하여 고유진동수 해석을 통한 모드형상을 관찰하여 표면의 변위가 가장 큰 위치에서 입력점과 출력점을 결정한다.The input point and the output point are determined to have the highest surface vibration velocity for each model. For this purpose, observe the mode shape through the natural frequency analysis for the silencer finite element model and input it at the position where the surface displacement is the largest. Determine the point and output point.

본 발명에서는 상기 모델1과 모델2에 대하여 첨부한 도 5에 도시된 바와 같이, 고유진동수 해석을 통해 상하판 각 6점, 총 12점을 정하여 주파수응답 해석을 수행한다.In the present invention, as shown in FIG. 5 attached to the model 1 and the model 2, the frequency response analysis is performed by determining each of the top and bottom six points, a total of 12 points through natural frequency analysis.

이렇게 상기 모델1과 모델2의 소음기 상하판 12점에 대한 주파수 응답 해석 결과, 총 12개의 출력점 중에서 소음기의 대칭적인 구조에 의해 비슷한 양상을 보이는 응답곡선들이 관찰되었으며, 이러한 점들을 제외하고 상하판에서 대표적인 값인 4점을 선택하여 도시하면 첨부한 도 6 및 도 7의 그래프와 같이 나타난다.As a result of the frequency response analysis of the top and bottom silencer 12 points of the model 1 and the model 2, response curves showing similar pattern by the symmetrical structure of the silencer among the total 12 output points were observed. In FIG. 6, a representative value of 4 points is selected and shown as shown in the graphs of FIGS. 6 and 7.

이에, 도 6 및 도 7의 그래프를 통해 소음기의 주모드 발생 구간과 전체적인 특성을 파악할 수 있으며, 응답 구간중에서 위상(phase)이 바뀌는 곳에서 모드 형상을 확인하고 이때의 응답 속도를 비교하여 방사음 발생 정도를 판단 할 수 있다.Therefore, the main mode generation section and the overall characteristics of the silencer can be grasped through the graphs of FIGS. 6 and 7, and the mode shape is checked at the phase where the phase is changed in the response section, and the response speed is compared to the radiated sound. You can judge the degree of occurrence.

따라서, 상기 모델1과 모델2의 대표적인 응답 곡선을 선택하여 도 8의 그래프에 도시한 바와 같이, 모델1은 418Hz 에서 15.0mm/s의 표면 진동속도를 가지고 모델2는 596Hz에서 7.5mm/s 의 표면진동속도를 나타낸다.Therefore, as shown in the graph of Figure 8 by selecting the typical response curve of the model 1 and model 2, the model 1 has a surface vibration velocity of 15.0mm / s at 418Hz and model 2 of 7.5mm / s at 596Hz It shows the surface vibration velocity.

즉, 상기 모델1의 주모드는 400∼500Hz 대역에서 나타나고, 상기 모델2의 주모드는 700∼800Hz에서 나타남을 알 수 있고, 소음기의 상판에 비하여 하판의 표면 진동속도가 크게 나타났으며 모델2는 모델1에 비해 50% 이상의 개선 효과를 보임을 알 수 있었다.That is, it can be seen that the main mode of the model 1 appears in the 400 ~ 500Hz band, the main mode of the model 2 appears in the 700 ~ 800Hz, the surface vibration speed of the lower plate is larger than the upper plate of the silencer, and the model 2 Was found to show more than 50% improvement over Model 1.

이때, 표면 진동속도를 결정하는 주파수는 응답곡선의 위상(phase)이 바뀔 때의 모드 형상을 분석하여 소음기 표면의 모드가 주요 모드로 나타나는 주파수를 선택하며, 이를 통해 상기 모델1에 비해 모델2의 소음기가 방사음 측면에서 유리하다는 해석 결론을 도출 할 수 있다.At this time, the frequency for determining the surface vibration speed selects the frequency in which the mode of the silencer surface appears as the main mode by analyzing the mode shape when the phase of the response curve is changed. An analytical conclusion can be drawn that the muffler is advantageous in terms of radiation.

상술한 바와 같이, 소음기의 표면 진동속도와 방사음의 관계를 이론적인 검증을 통하여 증명하면서, 올바른 표면 진동속도 검출을 위한 유한요소 모델링의 가이드를 제시하였으며, 또한 소음기의 유한요소 모델링을 통해 표면 진동속도를 검출하는 방법의 설명을 위하여 두가지 소음기 모델에 대한 비교 해석을 하나의 실시예로 설명하였는 바, 또 다른 소음기 모델에 대한 비교 해석도 가능함은 물론이다.As described above, the theoretical verification of the relationship between the surface vibration speed and the sound of the silencer is presented through theoretical verification, and a guide for finite element modeling for the correct detection of the surface vibration speed is presented. Also, the surface vibration is achieved through the finite element modeling of the silencer. In order to explain the method of detecting the speed, the comparative analysis of the two silencer models has been described as an embodiment, and of course, the comparative analysis of the other silencer models is also possible.

한편, 머플러 방사음에 대한 소음기의 강성 가이드는 셸(shell) 최소 고유진동수 450Hz 이상, 셸(shell) 최소 강성값(200~600Hz 평균치) 30kgf/mm 로 정하며, 최소 강성값은 주파수 응답을 통한 표면진동속도를 적분하여 리셉턴스(receptance) 로 치환한 후 등가강성값을 구하여 판단할 수 있다.On the other hand, the stiffness guide of the silencer for muffler radiation is set at a shell minimum natural frequency of 450 Hz or more and the shell minimum stiffness value (200-600 Hz average value) 30 kgf / mm, and the minimum stiffness value is the surface through the frequency response. After integrating the oscillation speed and substituting for the receptance, the equivalent stiffness value can be obtained and determined.

이상에서 본 바와 같이, 본 발명에 따른 유한요소법을 이용한 배기계 방사음 저감 해석 방법에 의하면, 배기계 방사음과 표면 진동속도와의 관계를 기반으로 소 음기의 표면진동속도 측정을 위한 유한요소 모델링 방법 및 소음기의 단품 강성 기준을 마련할 수 있는 장점을 제공한다.As described above, according to the exhaust emission reduction analysis method using the finite element method according to the present invention, the finite element modeling method for measuring the surface vibration speed of the silencer based on the relationship between the exhaust system radiation and the surface vibration speed and It offers the advantage of setting the stiffness standard of the silencer separately.

특히, 종래에 배기계 소음기를 설계하는 과정에 있어서 방사음을 줄이기 위한 시험에서 샘플 제작에 들어가는 많은 비용과 시험 시간, 노력 등은 설계자에게 부담으로 작용하고 있는 점에 비하여, 본 발명은 미리 컴퓨터를 통한 모의 실험(해석)을 이용하여 비용과 시간을 절약 할 수 있다.In particular, in the process of designing an exhaust system silencer, the cost, test time, and effort for sample production in a test for reducing radiated noise are a burden on a designer, but the present invention is performed through a computer in advance. Simulations can be used to save money and time.

Claims

Finite element modeling the exhaust system silencer including upper and lower plates and inner pipes and baffles therein;

Detecting a natural frequency for the modeled silencer;

Detecting a surface vibration velocity of the modeled silencer;

Calculating the equivalent stiffness value of the silencer after integrating the surface vibration velocity to replace it with a response;

Exhaust system emission reduction analysis method using the finite element method comprising a.

The method of claim 1, wherein the detecting of the surface vibration speed comprises applying an input in a direction perpendicular to the surface of the muffler at an output (response) point and detecting a response speed in the vertical direction, wherein the input for detecting the surface vibration speed is a unit. An exhaust system radiation noise reduction analysis method using the finite element method, which is input as a load to each input point at a frequency of 0 to 1000 Hz.

The method of claim 2, wherein the input point and the output point are determined to have the highest surface vibration velocity for each silencer finite element model, and the input point and output point are modes through natural frequency analysis of the silencer finite element model. An exhaust emission reduction analysis method using the finite element method characterized by observing the shape so that the displacement of the surface is determined to the largest position.

4. The method of claim 3, wherein frequency response analysis is performed by determining a total of 6 points and a total of 12 points of upper and lower plates of the silencer through natural frequency analysis of the silencer finite element model. 5. .