CN111259578B - 基于半解析法和边界元法预测直筒笼式阀门振动噪声方法 - Google Patents

基于半解析法和边界元法预测直筒笼式阀门振动噪声方法 Download PDF

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Abstract

本发明一种基于半解析法和边界元法预测直筒笼式阀门振动噪声方法，包括以下步骤：S1、对直筒笼式阀门表面的结构建立三维实体仿真模型及其有限元模型，对三维实体仿真模型进行结构的振动模态分析，以得到结构的表面振动模态结果集和表面节点坐标文件；S2、读入表面振动模态结果集和表面节点坐标文件以及三维实体仿真模型的参数化数据，结合半解析法和边界元法，实现三维实体仿真模型数值迭代计算，以得到声强、声压和声频率参数。本发明将半解析法与边界元法结合，利用半解析法解决边界元法非唯一性的问题，对阀门的振动噪声辐射进行了详细分析，实现直筒笼式阀门的声辐射快速求解预测，为后续阀门的降噪优化设计提供了参考。

Description

基于半解析法和边界元法预测直筒笼式阀门振动噪声方法
技术领域
本发明涉及工业仿真技术领域，特别是涉及阀门结构振动噪声仿真领域，具体涉及一种基于半解析法和边界元法预测直筒笼式阀门振动噪声方法。
背景技术
随着科技进步，对阀门的使用要求也越来越高，振动和噪声作为阀门最明显的问题之一，在实际工作中会影响阀门自身以及所连接管路和设备的使用寿命，甚至直接造成损害而发生安全事故。目前，关于阀门噪声计算模拟方面的研究内容比较少见。国内有学者将流体力学的基本原理和Lighthill的四极子源理论结合起来分析低速气流引起的阀门噪声，得到了阀门噪声声源的分布规律和产生机理。
边界元法在噪声研究领域应用较为广泛，但其具有非唯一解问题。非唯一解是一个纯数学问题，是由边界积分公式引起的，并非物理问题的本身原因。目前存在两种经典方法去除这个非唯一解问题。第一种是CHIEF方法，它是通过在结构内部增加Helmholtz积分关系点，形成超定方程系统，并通过最小均方法求解这个系统。然而，对于结构复杂的模型及高频声学问题，很难选择CHIEF点的数目和位置，因此，CHIEF方法在工程中并不适用。另外一种就是Burton-miller方法，它是将Helmholtz积分方程与其法向导数方程线性结合，可得到全频段下的唯一解。Burton-miller方法在工程中很容易实现，应用广泛。
发明内容
本发明针对现有技术存在的问题和不足，提供一种基于半解析法和边界元法预测直筒笼式阀门振动噪声方法。
本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题的：
本发明提供一种基于半解析法和边界元法预测直筒笼式阀门振动噪声方法，其特点在于，其包括以下步骤：
S1、对直筒笼式阀门表面的结构建立三维实体仿真模型及其有限元模型，对三维实体仿真模型进行结构的振动模态分析，以得到结构的表面振动模态结果集和表面节点坐标文件；
S2、读入表面振动模态结果集和表面节点坐标文件以及三维实体仿真模型的参数化数据，结合半解析法和边界元法，实现三维实体仿真模型数值迭代计算，以得到声强、声压和声频率参数。
较佳地，在步骤S2中，将表面振动模态结果集和表面节点坐标文件以及三维实体仿真模型的参数化数据输入至边界元法的方程中，利用Laplace方程、新型奇异性减少技术、高阶单元离散后采用半解析法求解方程的唯一解，从唯一解中提取出声强、声压和声频率参数。
在符合本领域常识的基础上，上述各优选条件，可任意组合，即得本发明各较佳实例。
本发明的积极进步效果在于：
本发明利用半解析法和边界元法解决：
1.直筒笼式阀门噪声仿真。目前对阀门方面的仿真较少，大多采用现成的商用软件进行，无针对性。与以往的求解不同，本发明结合半解析法和边界元法两部分针对直筒式阀门振动噪声进行计算。
2.计算效率高。与有限元噪声算法相比较，边界元噪声算法最主要的优点在于建模过程比较简单，更有利于工程上的噪声分析。
附图说明
图1为本发明较佳实施例的预测直筒笼式阀门振动噪声方法的流程图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1所示，本实施例提供一种基于半解析法和边界元法预测直筒笼式阀门振动噪声方法，其包括以下步骤：
步骤101、对直筒笼式阀门表面的结构建立三维实体仿真模型及其有限元模型，对三维实体仿真模型进行结构的振动模态分析，以得到结构的表面振动模态结果集和表面节点坐标文件。
步骤102、读入表面振动模态结果集和表面节点坐标文件以及三维实体仿真模型的参数化数据，结合半解析法和边界元法，实现三维实体仿真模型数值迭代计算，以得到声强、声压和声频率参数。
其中，在步骤102中，将表面振动模态结果集和表面节点坐标文件以及三维实体仿真模型的参数化数据输入至边界元法的方程中，利用Laplace方程、新型奇异性减少技术、高阶单元离散后进行半解析法求解方程的唯一解，从唯一解中提取出声强、声压和声频率参数。
本发明将半解析法与边界元法结合，利用半解析法解决边界元法非唯一性的问题，对阀门的振动噪声辐射进行了详细分析，实现直筒笼式阀门的声辐射快速求解预测，为后续阀门的降噪优化设计提供了参考。
虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这些仅是举例说明，本发明的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本发明的保护范围。

Claims (1)

1.一种基于半解析法和边界元法预测直筒笼式阀门振动噪声方法，其特征在于，其包括以下步骤：
S1、对直筒笼式阀门表面的结构建立三维实体仿真模型及其有限元模型，对三维实体仿真模型进行结构的振动模态分析，以得到结构的表面振动模态结果集和表面节点坐标文件；
S2、读入表面振动模态结果集和表面节点坐标文件以及三维实体仿真模型的参数化数据，结合半解析法和边界元法，实现三维实体仿真模型数值迭代计算，以得到声强、声压和声频率参数；
在步骤S2中，将表面振动模态结果集和表面节点坐标文件以及三维实体仿真模型的参数化数据输入至边界元法的方程中，利用Laplace方程、新型奇异性减少技术、高阶单元离散后采用半解析法求解边界元法的方程的唯一解，从唯一解中提取出声强、声压和声频率参数。
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