Change search
CiteExportLink to record
Permanent link

Direct link
Cite
Citation style
  • apa
  • harvard1
  • ieee
  • modern-language-association-8th-edition
  • vancouver
  • Other style
More styles
Language
  • de-DE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • sv-SE
  • Other locale
More languages
Output format
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf
A framework for designing a modular muffler system by global optimization
KTH, School of Engineering Sciences (SCI), Mathematics (Dept.), Optimization and Systems Theory.
2015 (English)Independent thesis Advanced level (degree of Master (One Year)), 20 credits / 30 HE creditsStudent thesisAlternative title
Ett ramverk för att utforma ett modulärt ljuddämparsystem genom global optimering (Swedish)
Abstract [en]

When creating a muffler to be installed on a noise generating machine, the design parameters as well as the placements of sound attenuating elements has to be optimized in order to minimize the sound coming out of the equipage. This is exemplified in a small project task for students of a basic course in optimization at KTH. The task is however flawed, since both the way in which the optimization problem is formed is overly simplistic and the algorithm used to solve the problem, fmincon, does not cope well with the mathematical complexity of the model, meaning it gets stuck in a local optimum that is not a global optimum. This thesis is about investigating how to solve both of these problems. The model is modified to combine several frequencies and adjusting them to the sensitivity to different frequencies in the human ear. By doing this, the objective is changed from the previous way of maximizing Dynamic Insertion Loss Dilfor a specific frequency to minimize the total perceived sound level LA.  The model is based on the modular design of TMM from four-pole theory. This divides the muffler into separate parts, with the sound attenuating elements being mathematically defined only by what T matrix it has. The element types to choose from are the Expansion Chamber, the Quarter Wave Resonator and the Helmholtz Resonator. The global optimization methods to choose from are Global Search, MultiStart, Genetic Algorithm, Pattern Search and Simulated Annealing. By combining the different types of sound attenuating elements in every way and solving each case with every global optimization method, the best combination to implement to the model is chosen. The choice is two Quarter Wave Resonators being solved by MultiStart, which provides satisfactory results. Further analysis is done to ensure the robustness of chosen implementation, which does not reveal any significant flaws. The purpose of this thesis is fulfilled.

Abstract [sv]

När man skapar en ljuddämpare som ska installeras på en ljud-genererande maskin bör designparametrarna samt placeringarna av ljuddämpande element optimeras för att minimera ljudet som kommer ut ur ekipaget. Detta exemplifieras i en liten projektuppgift för studenter till en grundkurs i optimering på KTH. Uppgiften är dock bristfällig, eftersom både det sätt som optimeringsproblemet är utformat är alltför förenklat och den algoritm som används för att lösa problemet, fmincon, inte klarar av modellens matematiska komplexitet bra, vilket menas med att den fastnar i ett lokalt optimum som inte är ett globalt optimum. Detta examensarbete handlar om att undersöka hur man kan lösa båda dessa problem. Modellen är modifierad för att kombinera flera frekvenser och anpassa dem till känsligheten för olika frekvenser i det mänskliga örat. Genom att göra detta är målet ändrat från det tidigare sättet att maximera den dynamiska insatsisoleringen DIL för en specifik frekvens till att minimera den totala upplevda ljudnivån LA. Modellen bygger på den modulära designen av TMM från 4-polsteori. Detta delar upp ljuddämparen i separata delar, med ljuddämpande element som matematiskt endast definieras av vilken T matris de har. De elementtyper att välja mellan är expansionskammare, kvartsvågsresonator och Helmholtzresonator. De globala optimeringsmetoder att välja mellan är Global Search, MultiStart, Genetic Algorithm, Pattern Search och Simulated Annealing. Genom att kombinera de olika typerna av ljuddämpande element på alla sätt och lösa varje fall med varje global optimeringsmetod, blir den bästa kombinationen vald och implementerad i modellen. Valet är två kvartsvågsresonatorer som löses genom MultiStart, vilket ger tillfredsställande resultat. Ytterligare analyser görs för att säkerställa robustheten av den valda implementationen, som inte avslöjar några väsentliga brister. Syftet med detta examensarbete är uppfyllt.

Place, publisher, year, edition, pages
2015.
Series
TRITA-MAT-E, 2015:44
Keyword [en]
Muffler Optimization, Four-pole Method, Transfer Matrix Method (TMM), Global Search, MultiStart, Genetic Algorithm, Pattern Search, Simulated Annealing
Keyword [sv]
Ljuddämparoptimering, 4-polsmetoden, Transfer Matrix Method (TMM), Global Search, MultiStart, Genetic Algorithm, Pattern Search, Simulated Annealing
National Category
Mathematics
Identifiers
URN: urn:nbn:se:kth:diva-169650OAI: oai:DiVA.org:kth-169650DiVA: diva2:827428
Subject / course
Systems Engineering
Educational program
Master of Science in Engineering - Mechanical Engineering
Supervisors
Examiners
Available from: 2015-06-27 Created: 2015-06-20 Last updated: 2015-06-27Bibliographically approved

Open Access in DiVA

fulltext(3305 kB)140 downloads
File information
File name FULLTEXT01.pdfFile size 3305 kBChecksum SHA-512
d8a40941f096a7faaf52b1fb7a237f9f5a6e7b752370e073d5875369ac970ab9a19f8621971fcb717b97260e8eac69834c53c0db216c5869709f0947d0838722
Type fulltextMimetype application/pdf

By organisation
Optimization and Systems Theory
Mathematics

Search outside of DiVA

GoogleGoogle Scholar
Total: 140 downloads
The number of downloads is the sum of all downloads of full texts. It may include eg previous versions that are now no longer available

urn-nbn

Altmetric score

urn-nbn
Total: 153 hits
CiteExportLink to record
Permanent link

Direct link
Cite
Citation style
  • apa
  • harvard1
  • ieee
  • modern-language-association-8th-edition
  • vancouver
  • Other style
More styles
Language
  • de-DE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • sv-SE
  • Other locale
More languages
Output format
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf