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专利号: 2024104514313
申请人: 山东职业学院
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2025-10-14
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种高速列车通过噪声的计算方法,其特征是,包括以下步骤:首先基于风洞模式建立列车的计算流体动力学模型,再利用列车的计算流体动力学模型和CFD软件得到每个微元的声源几何数据和声源数据,并根据运动的相对性,即得出在静止空气中运动物体表面的得出静止在空气中运动物体的脉动压力,再求解出脉动压力对时间的导数,然后将声源几何数据、脉动压力和脉动压力对时间的导数带入Farassat_1A公式计算第i个微元声源第 个时刻在接收点 处的声压信号,并遍历所有微元在所有时刻接收点的声压信号,最后对得到的声压信号进行插值处理,并对所有微元辐射的声压进行叠加,得到远场接收点的总声压,去掉总声压中的无效声压信号后,最终得到真实的通过噪声信号;

利用列车的计算流体动力学模型在CFD软件中进行非定常流场计算,得到列车表面第个微元的第 个时刻的声源几何数据和声源数据,声源几何数据包括坐标、面积和外法线方向,声源数据指声源表面的脉动压力,根据运动的相对性,将声源表面的脉动压力等同于与静止空气中运动物体的脉动压力,得到第i个微元第 个时刻在静止空气中产生的脉动压力f,其中,流场开始时刻为0,步长时间为 ,步长个数为 ,结束时刻为 ,列车表面微元个数为 ;

通过四阶中心差分来近似声源表面的脉动压力对时间的导数 ,具体计算如下:,

其中,表示时间, 表示步长时间, 表示脉动压力, 表示脉动压力对时间的导数;

求解第i个微元声源第j个时刻在接收点y处的声压信号:

首先在地面坐标系下利用物体运动速度对声源面执行一个虚拟的列车运动过程,对每一个微元在每一个时刻重新更新微元的声源位置,根据更新的声源位置计算声源辐射到接收点的时间 ,最终得到第i个微元在 时刻辐射的声压在 时刻到达远场接收点,时间的计算公式为;

其中, 表示第i个微元的初始位置,表示物体的运动速度,表示声速;

然后利用Farassat_1A公式计算远场接收点的声压信号 ,Farassat_1A公式如下:,

其中, 表示空气密度, 表示声速, 表示声源表面的速度在外法线方向的分量,表示速度在外法线方向的分量对时间的导数,表示声源运动马赫数, 为声源运动马赫数在 方向上的分量, 表示坐标分量,为发射点与接收点之间的距离, 为声源到接收点方向上的单位矢量, 表示 在 方向上的分量, 表示 在 方向上的分量,下标ret表示括号内的变量取由推迟时间方程确定的声发射时刻的值,表示物体表面面积, 表示1个微元的面积;

利用Farassat_1A公式计算过程中,涉及到物体表面面积S的积分计算,通过一阶方法对表面单元进行空间积分,计算公式为:,

其中, 表示第 个微元的声源强度, , 表示第 个微元的面积,表示物体表面总的声源强度,表示面积;

最后,将声源几何数据、脉动压力和脉动压力对时间的导数 带入Farassat_1A公式计算第i个微元声源第 个时刻在接收点 处的声压信号 ,并遍历 个微元在个时刻接收点的声压信号;

对接收点处产生的声压信号 的时域数据进行修剪,具体如下:接收点声压信号 的时域数据从 时刻开始, 时刻结束,其

中,仅在 至 之间的声压信号包含了所有微元的贡献, 之

前和 之后的数据不包含所有微元的贡献,由此得到p( )至之间的数据作为有效的声压信号;

从声源表面传播至接收点的最小时间 和最大时间 ,计算如下:= , ,

其中, 和 分别表示声源面与接收点之间的最小和最大距离。

2.根据权利要求1所述的一种高速列车通过噪声的计算方法,其特征是:对得到的声压信号进行线性插值处理,将各个微元在接收点处的声压信号在时间轴上对齐,然后将接收点在同一时刻接收到的来自各个微元的声压信号 进行叠加,得到整个物体在该时刻在接收点处产生的声压信号 。