[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

说明书

本发明公开了一种有水路面行车偶极子源噪声的数值预测方法，属于有水路表行车噪声数值模拟领域，该方法基于流场实验和声场实验的结果，两次对比验证以提高数值预测的准确度。本发明在轮胎结构受力变形模型中引入流体模块，充分考虑动水压力的影响，得到更符合实际的轮胎变形模型；通过考虑流体域中流动气体对脉动压力的影响，设置空气和水两个速度入口，充分考虑流动空气和水对有水路表行车所产生的流体动力学噪声的影响，解决了偶极子噪声发声源单一的问题；流场和声场结果的两次对比，极大地提高了数值预测的准确性。本发明的成果可以指导排水降噪路面的设计，还可以为雨天行车安全预警提供条件。

技术领域

本发明属于道路工程技术领域，具体涉及一种有水路面行车偶极子源噪声的数值预测方法。

背景技术

随着国民经济以及交通事业的发展，路面行车噪声已经成为主要的噪声来源之一，它对道路沿线的居民和车内人员都带来了较大的危害。对于路面有水状况下的行车噪声，国内外学者实验研究表明，路面有水状况下的行车噪声比干燥状态下的响度更大、高频噪声的成分更高。有研究表面有水路面上的噪声与轮胎-路面间的接触状态具有一定的关联性。因此有水路面行车噪声的数值预测不仅可以指导排水降噪路面的设计，还可以为雨天行车安全预警提供条件。

有水路面的行车噪声与干燥路面行车噪声对比，主要区别在于流体域涉及空气和水这两种流体，包括“流”、“固”、“声”的多级耦合。有水路面上行车，属于流体域的马赫数不高的情况，流体发声源主要为偶极子源，气动噪声和水动力噪声同属于流体动力学噪声的范畴，具有相似的发声原理和频谱特性，因此忽略气动噪声模块对偶极子源噪声的贡献容易产生较大的预测误差。

目前对于路面行车噪声中的流体动力学噪声的数值预测，在计算轮胎沟纹泵气噪声时单级子源被广泛考虑，计算时为单一流体发声，计算结果未进行分级多次对比修正误差较大；有水路表高速行车时，轮胎受到较大的动水压力，传统计算在流场域建模时未考虑动水压力对于轮胎变形的影响，导致计算流场域产生偏差。

有水路面上行车所产生的流体动力学噪声，包括水和空气两种流体的共同作用，传统技术在解决路表行车所致的流体动力学噪声时存在流体发生源单一、对轮胎变形因素未充分考虑以及数值模拟精度低的问题。

发明内容

发明目的：本发明提供一种有水路面行车偶极子源噪声的数值预测方法，该方法基于流场实验和声场实验的结果，两次对比验证以提高数值预测的准确度，解决了传统路面行车噪声数值预测问题中涉及的流体发声源单一、未考虑动水压力对轮胎变形的作用以及数值预测精度低的问题。

技术方案：为了实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案：

一种有水路面行车偶极子源噪声的数值预测方法，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(即脉动压力与时间的函数关系)进行快速傅里叶变换，转化为频域信息(即脉动压力与频率的函数关系)；

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；