turbocharger rezonatÖrÜ tasariminda ses İletİm kaybinin

TURBOCHARGER REZONATÖRÜ TASARIMINDA

SES İLETİM KAYBININ NÜMERİK VE DENEYSEL

İNCELENMESİ

Özgür Palaz, Eksen Mühendislik

[email protected]

Florian Sam Güngör, Teklas Kauçuk A.Ş.

[email protected]

1

7. OTOMOTİV TEKNOLOJİLERİ KONGRESİ, 26 – 27 MAYIS BURSA

26.05.2014

Burak Erdal, Eksen Mühendislik

[email protected]

mailto:[email protected]



26.05.2014 2

GİRİŞ

TURBOCHARGER REZONATÖRÜ TASARIMINDA SES İLETİM KAYBININ NÜMERİK VE DENEYSEL İNCELENMESİ

Turbocharger gürültüsünü azaltmak için kullanılan rezonatörlerin akustik

performansları nasıl belirlenir?

Nümerik analiz ve deneysel ölçüm sonuçları kullanılarak turbocharger

rezonatörlerinin akustik performansı nasıl arttırılabilir?

3

GİRİŞ

TURBOCHARGER REZONATÖRLER

Turbocharger rezonatörler, akış hattında ses iletim kaybına neden

olarak akustik yalıtım sağlayan akustik elemanlardır.

26.05.2014 TURBOCHARGER REZONATÖRÜ TASARIMINDA SES İLETİM KAYBININ NÜMERİK VE DENEYSEL İNCELENMESİ

4

GİRİŞ

TURBOCHARGER REZONATÖRLER

Turbocharger’lardan gürültüsü, araçlardaki diğer gürültü bileşenlerinin

gün geçtikçe daha iyi yalıtılması ve artan kütlesel debi miktarları

nedeniyle gitgide artan bir şekilde sorun teşkil etmektedir.

Rezonatör ve susturucu gibi sistemlerin ses iletim kaybı özellikleri

Artan endüstriyel talepler doğrultusunda daha hafif, daha düşük maliyetli

ve daha efektif yalıtım sağlayacak tasarımlar kendilerini dayatmaktadır.

Plastik turbocharger rezonatörleri


5

SUNUM ÖZETİ

Turbocharger gürültüsü engellemek amaçlı kullanılan rezonatörlerin

akustik performansları nasıl belirlenir?

Sonlu Elemanlar Yöntemi (FEM) ile Akustik Simülasyon

Ses iletim kaybı tüpü ölçümleri

Nümerik analiz ve deneysel ölçüm sonuçları kullanılarak turbocharger

rezonatörlerinin akustik performansı nasıl arttırılabilir?

İmalat hatalarının giderilmesi


6

SUNUM ÖZETİ

Sonlu Elemanlar Yöntemi (FEM) ile Akustik Simülasyon


7

SUNUM ÖZETİ

Ses iletim tüpü kaybı ölçümleri


8

PROBLEMLERİN TANIMLANMASI

Prototip imalatı yapılan rezonatörün ses iletim kaybı performansı

hesaplamalardaki beklentiler ile örtüşmemektedir.

Plastik imalattan kaynaklanan bazı hatalar nedeniyle ‘akustik odalar’

yeterli performans göstermemektedir.

Piyasadaki mevcut ses iletim kaybı ölçüm tüpleri (i.e. empedans tüpleri),

bu tip akustik sistemlerin performansları ölçmek için uygun değildir.


9

YAPILAN ÇALIŞMALAR

Araştırma öncesi tanımlanan bu problemler doğrultusunda;

Sonlu elemanlar yöntemi ile rezonatörün akustik analizi

Ses iletim kaybı ölçüm tüpleri ile rezonatörün deneysel incelenmesi

Analizler ve ölçüm sonuçları doğrultusunda imalat hatalarının düzeltilmesi,

rezonatör tasarımının iyileştirilmesi

süreçleri gerçekleştirilmiştir.


10


AKUSTİK ANALİZLER

Turbocharger rezonatörünün akustik karakteristiğini belirleyen

parametre, daha önceden de bahsedildiği gibi ses iletim kaybıdır.

𝑇𝐿 = 10𝑙𝑜𝑔𝐴𝑛

𝐴𝑚[𝑑𝐵]

𝐴𝑛 : Rezonatörün girişindeki iletilen dalganın gücü

𝐴𝑚 : Rezonatörden iletilen dalganın gücü


11


AKUSTİK ANALİZLER

Rezonatörün akustik sonlu elemanlar analizleri MSC Actran yazılımı ile

gerçekleştirilmiştir.

Turbocharger rezonatörünün sonlu elemanlar modeliTurbocharger rezonatörü prototipi


12


AKUSTİK ANALİZLER

Yapılan sonlu elemanlar analizinde, rezonatör içerisindeki perfore

alanlar için küçük, geniş alanlarda ise daha büyük olmak üzere;

İkinci dereceden (Quadratic)

Tetragonal

elemanlar kullanılmıştır.

Rezonatörün giriş bölümünden duct mode, düzlem dalga akustik yayılım

girişi verilmiş; çıkış kanalına ise tam yansımasız (anekoik) sınır koşulu

tanımlanmıştır.


13


AKUSTİK ANALİZLER

Actran ile hesaplanan rezonatör ses iletim kaybı değerleri

Ses

İle

tim

Kay

bı

[dB

]

Frekans [Hz]


14


SES İLETİM KAYBI TÜPÜ ÖLÇÜMLERİ

Turbocharger rezonatörlerinin ses iletim kaybı değerlerinin belirlenmesi

için özel bir ses iletim kaybı tüpü tasarlanmıştır.


15



Piyasadaki mevcut ürünlerin bu tip bir sistemin ses iletim kaybınıölçmeye uygun olmaması nedeniyle ölçüm düzeneği tasarlanmıştır. Budoğrultuda sistemin tasarımında dikkat edilen özellikler:

İstenen ölçüm frekans aralığını sağlaması

Sistemin rezonatör gibi yapıların ölçümüne vemontajına uygun olması

Rezonatörlerin montajında kullanılan adaptörlerin istenmeyen TLdeğerleri yaratmayacak şekilde tasarlanması

Sistemin doğru ölçüm yaptığının kanıtlanması

şeklindedir


16



Ses iletim kaybı tüpünün doğruluk testleri;

Bir genişleme odasının sonlu elemanlar analizi sonuçları ve deneysel sonuçların

karşılaştırılması

Düz boruda görülmesi gereken “0” ses iletim kaybı değerinin kontrol edilmesi

ile gerçekleştirilmiştir.


17



Bilinen bir genişleme odasının sonlu elemanlar analizi sonuçları ve deneysel sonuçların karşılaştırılması

0

1

2

3

4

5

6

7

8

0 500 1000 1500 2000 2500 3000

Ses

İle

tim

Kay

bı

[dB

]

Frekans [Hz]

Actran Sonuçları

Ölçüm Sonuçları

FEM Sonuçları


18



Boş tüp halinde ölçülen ses iletim kaybı değerleri

0

0.02

0.04

0.06

0.08

0.1

0.12

0.14

0.16

0.18

0.2

0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000

Ses

İle

tim

Kay

bı

[dB

]

Frekans [Hz]

Boş Tüp Sonuçları


19



Sistemin istenilen hassasiyet değerleri içerisinde (<0.1 dB) doğru ölçüm

yaptığı belirlendikten sonra ölçümler gerçekleştirilmiştir.

Rezonatörün sisteme monte edilmiş hali


20



İlk prototopin ölçüm sonuçlarının sonlu elemanlar analizi ile karşılaştırılması

Ses

İle

tim

Kay

bı

[dB

]

Frekans [Hz]

Actran Analizi

İlk prototip sonuçları

FEM Analizi


21



İlk üretilen prototipin, imalattan kaynaklanan bazı yapısal hatalar taşıdığı

bilinmektedir. Bu hatalar, oda hacimlerinin tasarlanan boyutlarda

olmaması, rezonatör üzerindeki deliklerin istenilen hassasiyette imal

edilememesidir.

Bu doğrultuda imalat süreçlerinde iyileştirmeler ve değiştirilmeler

yapılarak ölçümler tekrarlanmıştır.


22



İkinci prototopin ölçüm sonuçlarının sonlu elemanlar analizi ile karşılaştırılması

FEM Analizi

Ses

İle

tim

Kay

bı

[dB

]

Frekans [Hz]

Actran Analizi

İkinci Prototip Sonuçları

FEM Analizi


23



Her iki prototop ölçüm sonuçlarının sonlu elemanlar analizi ile karşılaştırılması

İlet

im K

aybı

[dB

]

Frekans [Hz]

Actran Analizi

İlk Prototip Sonuçları

İkinci Prototip Sonuçları

FEM Analizi


24


İlk prototip ile imalat kalitesi geliştirilmiş olan ikinci prototipin ölçüm

sonuçları karşılaştırıldığında, elde edilen sonuçların üretimde yapılan

geliştirmeyi doğruladığı görülmektedir.

Sonuçlar değerlendirildiğinde analiz sonuçları ile ölçüm sonuçları

arasında hala bir miktar farklılık olduğu görülmektedir.

Bu sonuçlar doğrultusunda imalattan kaynaklı hataların hala sonuçlar

üzerinde bir miktar etkisi olduğu görülmektedir.



25

SONUÇLAR

Belli hesaplamalar doğrultusunda geometrisi ve iç yapıları belirlenen

rezonatörler, hem nümerik analizler hem de deneysel ölçümler ile

karakterize edilebilmiştir.

Bu araştırma ile imalat yöntemleri rezonatörün akustik etkinliğini

arttıracak şekilde geliştirilmiştir.

Bu incelemeler ile tasarlanan ve imal edilen akustik sistemlerin

performans karakterlerinden bir veri tabanı oluşturmak mümkün

olmuştur.


26

OLASI BAZI GELİŞTİRMELER

Hem analiz yönteminde, hem de deneysel ölçümlerde akışın akustik

karakteristiğe olan etkisi incelenmemiştir. Bu etkilerin ihmal

edilemeyecek kadar büyük olduğu bilinmektedir.

Bu doğrultuda, gelecekte yapılacak çalışmalarda, hem sonlu elemanlar

incelemelerinde hem de deneysel ölçümlerde akışın ve sıcaklığın etkisi

dahil edilecektir.


27

REFERANSLAR

Rämmal, H., Åbom, M., Acoustics of Turbochargers, SAE Tech. Paper

Series, 2007-01-2205, Noise and Vibration Conference and Exhibition,

Illinois, 2007

ASTM International, E2611-09, Standard Test Method for Measurement

of Normal Incidence Sound Transmission of Acoustic Materials Based

on the Transfer Matrix Method

MSC Actran, User Manual


turbocharger rezonatÖrÜ tasariminda ses İletİm kaybinin

Documents