[发明专利]一种有水路面行车偶极子源噪声的数值预测方法

权利要求书

1.一种有水路面行车偶极子源噪声的数值预测方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1)使用轮胎变形经验公式，得到在一定内压和荷载下的轮胎变形；采用有限元方法确定变形后的轮胎模型；

步骤2)根据有水路面上轮胎滚动试验的流场实验数据，在计算流体力学软件中设置流场边界条件，对包含轮胎实体和空气的流场计算域建模并进行网格划分，采用多相流模型进行非定常计算获得脉动压力，与实验值进行对比；

步骤3)如果流场的脉动压力计算值与实验值相符，输出脉动压力作为偶极子声源信息用于声场分析；否则，修改流场参数，转到步骤2)；

步骤4)根据有水路面上轮胎滚动试验的声场实验数据，在声学模拟软件中设置包含轮胎和流体接触面的声场边界条件，对声场计算域和场点平面分别建模并进行网格划分，设置监测点，进行网格映射并将流场数据转移到声场网格上；

步骤5)对计算流体力学计算所得的时域数据进行快速傅里叶变换，转化为频域信息；

步骤6)采用声学有限元软件进行声学响应计算，输出声压级云图和监测点的声压级频率响应函数；

步骤7)如果声场计算所得的声压级频率响应函数符合实验结果，则将其输出作为结果；否则转到步骤4)，直至声压级频率响应函数计算值符合实验值。

2.根据权利要求1所述的一种有水路面行车偶极子源噪声的数值预测方法，其特征在于：所述的步骤1)包括以下步骤：

步骤1.1)根据Dumplap提出的轮胎变形经验公式计算轮胎的变形量：

公式中δ为轮胎压缩变形量，cm；C₁为轮胎设计参数，斜交胎为1.15，子午胎为1.5，无量纲；W为轮胎负荷，daN；D为轮胎外径，cm；S₀为轮胎宽度，cm；P为轮胎内压，100kPa；K₀＝15×10^-3·S₀+0.42；

步骤1.2)在Abaqus软件中使用欧拉-拉格朗日算法对受动水压力影响下的轮胎结构变形进行数值模拟；分别对路面以及空气和水组成的流体域建立有限元模型，导入轮胎模型，对各结构赋予材料属性和单元属性并进行网格划分；设置模型的接触条件，路面和轮胎两者之间采用interaction模块中面面接触的形式，路面、轮胎和流体三者之间采用通用接触的形式，并且分别定义摩擦公式；设置模型的边界条件，路面底面采用固定边界，流体域固定各壁面法线方向的速度，轮胎采用试验要求的转速和步骤1.1)中变形量设置竖向位移；施加包括自重和轮胎内压在内的等效荷载，利用Abaqus显式求解器进行计算；以*.stl格式输出变形后的轮胎模型。

3.根据权利要求2所述的一种有水路面行车偶极子源噪声的数值预测方法，其特征在于：步骤2)中，所述的流场计算域充分考虑轮胎周围空气对脉动压力结果的影响，并基于步骤1.2)的结果利用布尔减法得到；计算流体力学中的多相流模型可以采用Fluent软件中的VOF模型或者混合模型，并设置空气和水两个速度入口，非定常计算得到的脉动压力作为偶极子噪声声源信息以*.cgns文件形式输出。

4.根据权利要求2所述的一种有水路面行车偶极子源噪声的数值预测方法，其特征在于：步骤4)通过声类比方程，对远场噪声进行分析计算，原理推导如下：

声类比方程：

等式右侧三项分别为四级子、偶极子、单级子声源；式中c₀为声音在介质中的传播速度，F为轮胎外壁面，δ(F)为狄拉克函数，H(F)为阶跃函数，p为流体应力张量，有水路面行车时流体处于低马赫数状态，仅需考虑偶极子声源的影响，声类比方程可以简化为：

H(F)、F、δ(F)的表达式如下：

其中T_ij为莱特希尔湍流应力张量，将方程(3)进行傅里叶变换后得：

其中为T_ij的傅里叶变换，为声学变量。

5.根据权利要求4所述的一种有水路面行车偶极子源噪声的数值预测方法，其特征在于：所述的步骤4)包括以下步骤：

步骤4.1)基于步骤1.2)所得的变形后轮胎模型，使用布尔减法得到声场计算域，根据声场计算精度要求，划分适用于声学有限元计算的体网格，并以*.bdf格式输出；

步骤4.2)绘制场点平面，划分面网格，并以*.bdf格式输出；

步骤4.3)利用Virtual.Lab Acoustics的声学有限元模块，提取出流体与轮胎接触面上的脉动压力数据和计算流体力学网格信息，并保存成*.CATAnalysis文件形式；

步骤4.4)在Virtual.Lab Acoustics中建立声学有限元模型，将步骤4.3)中所得的*.CATAnalysis文件与步骤4.1)、4.2)中网格文件导入声学有限元模型中，设置声场中的实验监测点并定义单元组和出口属性；

步骤4.5)将计算流体力学网格和声学网格使用保守最大距离的方式进行映射。