Caracterización acústica de silenciadores de vehículos con superficies sinterizadas

Abstract

[EN] This Master's Thesis focuses on the s tudy of the acoustic behavior of automotive silencers incorporating sintered surfaces as a potential substitute for the usual dissipative silencers. Dissipative silencers have fibrous materials inside to produce the sound attenuation, exhibit ing problems associated with degradation of t he fibers , polluting the environment and causing potential problems to population. As a first step a bibliographic rev iew is carried out relate of physical acoustic models for silencers and pipes, based on the analysis of one - dimensional models and associ ated matrix representation. Besides a brief description of the commonly used types of silencers is developed, and the main parameters used to evaluate the sound attenuation are also described. The limitations found ed in plane wave models show ed the need to find nume rical solutions based on computational approaches such as finite elements method to solve problems in s ilencer s with complex configurations and a wide frequency range of analysis. In this work, a deep detailed study of surfaces manufactured by si ntering processes is carried out. These surfaces are characterized by having a n almost constant real part of impe dance while the i maginary part slightly depended on the frequency , the corresponding values closely related to the thickness and porosity of the plates. As it is shown along the current investigation, this type of acoustic elements work s very well in the m edium and high frequency range . V In addition , an experimental acoustic characterization of sintered metal surfaces in the absence of mean flow is developed, using the acoustic test bench of the research group, whose operation is based on the method of trans fer matrix. Once the most relevant properties of each sample have been obtained, the results are introduced into the commercial finite element package COMSOL with the purpo se of evaluating the sound attenuation produced by silencers incorporating circular ducts manufactured by sintering and having the same acoustic properties of the aforementioned samples. As it will be shown, single and multichamber silencer configurations will be taken into account.

[ES] Se pretende llevar a cabo la medida experimental de la impedancia acústica de diversos tipos de superficies sinterizadas y el cálculo numérico (MEF) de la atenuación sonora en silenciadores de automoción que incorporen dichas superficies. La utilización de conductos fabricados por sinterización ha sido recientemente introducida en la bibliografía como sustitución potencial de los materiales absorbentes utilizados en silenciadores de escape de motores de combustión interna alternativos. El objetivo del trabajo es, en primer lugar, llevar a cabo una caracterización acústica detallada de su impedancia acústica tanto desde el punto de vista experimental como en base a modelos semiempíricos en los que aparezcan variables relevantes de la superficie como la porosidad, el espesor, el diámetro de los orificios, tamaño de partículas, etc. Para ello se utilizará el banco de ensayos acústicos disponible en el departamento, cuyo funcionamiento se basa en el método de la matriz de transferencia.

Posteriormente se desarrollará una metodología numérica de elementos finitos basada en Comsol que permita la presencia de conductos circulares fabricados por sinterización en el interior de dispositivos de control de ruido de automóviles. Dichos conductos incorporarán las propiedades acústicas previamente caracterizadas en el banco experimental de ensayos. Finalmente se llevará a cabo un estudio detallado de la atenuación sonora en función de los parámetros de ensayo más relevantes.

[CA] VI Resum El present Treball de F i de Màster es centra en la caracterització acústica de silenciadors de vehicles amb superfícies sintetitzades, com a potencial substitut dels habituals silenciadors dissipatius . Aque sts últims tenen materials fibrosos al seu interior per poder dur a terme l’atenuació sonora, però presenten problemes associats a la degradació de les fibres, les quals originen problemes a la salut de les persones i contaminen el medi ambient. Com a primer pas, es du a terme una recopilació bibliogràfica dels models físics que governen l ́ acústica en silenciadors i conductes, partint de la revisi ó de models unidimensionals i la seua representació matricial associada. Així mateix, es realitza una breu descripció dels tipus de silenciadors que normalment s’utilitzen i es descriuen els principals paràmetres emprats per avaluar la seua atenuació sonor a. Les limitacions trobades als models d’ona plana evidencien la necessitat de cercar solucions numèrique s, com és el cas del mètode dels elements finits, que permeten resoldre problemes de silenciadors amb configuracions complexes i en un ampli rang de fr eqüències d’anàlisi. A aquest treball es profunditza l’estudi de superfícies fabricades mitjançant processos de sinterització , caracteritzades per ti ndre una impedància real quasi constant i una part imaginària lleument depenent de la freqüència, el valor de la qual depèn principalment del gruix i la porositat de les plaques. A quest tipus d’elements funciona molt bé en el rang de les mitjanes i altes freqüències. VII Posteriorment es desenvolupa la caracterització acústica experimental de superfícies metàl·li ques sinter itzades en absència de fluix mig , mitjançant l’ús del banc d’assajos acústics del grup d’investigació , el funcionament del qual es basa en el mètode de la matriu de transferència. Una vegada obtingudes les propietats més rellevants de cadascuna de les mostres, els resultats són introduïts a un programa comercial d’elements finits denominat COSMOL, amb la intenció d’avaluar l’ atenuació sonora que produeixen diversos silenciadors que incorporen conductes circulars fabricats per sinterització amb les mateixes propietats acústiques de les mostres esmentades anteriorment. Els silenciadors analitzats es caracteritzen per estar proveïts amb càmeres d’expansió simple o bé de tipus multicàmera