CN117454697A - 一种用于滚动轮胎辐射噪声预测的有限元仿真数据转化方法 - Google Patents

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陈中明
李宁学
李炜
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张小正
张永斌
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Abstract

本发明公开了一种用于滚动轮胎辐射噪声预测的有限元仿真数据转化方法，包括提取每个时刻的滚动轮胎有限元仿真输出数据；计算各个时刻的节点速度，再去除旋转速度，得到轮胎局部坐标系下的节点振动速度；再做时间Fourier变换，得到频域节点振动速度；再对频域节点振动速度做角度Fourier变换，得到波数域‑频域节点振动速度；根据不同坐标系的波数域‑频域节点振动速度的频率对应关系，重构欧拉坐标系中的波数域‑频域节点振动速度；再做周向波数的反Fourier变换，得到欧拉坐标系中的频域节点振动速度，并预测滚动轮胎辐射噪声。本发明通过有限元仿真输出的拉格朗日坐标系中的滚动轮胎全局坐标到边界元所需的欧拉坐标系中的静止轮胎局部坐标振动数据之间的转化方法。

Description

一种用于滚动轮胎辐射噪声预测的有限元仿真数据转化方法
技术领域
本发明涉及轮胎噪声类领域数据处理技术领域，特别涉及一种用于滚动轮胎辐射噪声预测的有限元仿真数据转化方法。
背景技术
预测轮胎结构振动辐射噪声一直是国内外科研院所和轮胎企业关注的重点，目前广泛采用的预测方法是边界元法。但是边界元法只能用于静止轮胎的辐射噪声预测，而轮胎实际使用工况时滚动状态，因此计算得到的辐射声场与实测结果有所差别。近年来，滚动轮胎结构动力学仿真方法(有限元法)不断完善且仿真精度不断提高，因此如何利用这些动力学仿真结果计算滚动轮胎结构声辐射引发了关注。相比于静止轮胎，滚动轮胎的结构辐射噪声预测难度极大提升，其主要原因在于采用有限元计算得到的轮胎动力学分析结果是在跟随轮胎旋转的拉格朗日坐标系中得到的全局坐标宏观位移，而边界元法的结构边界网格不能旋转，只能用于计算静止的边界(欧拉坐标系)辐射的噪声，而且需要结构表面的局部坐标振动数据作为输入。这种有限元法的输出结果和边界元所需输入数据之间的坐标系矛盾使得滚动轮胎结构辐射噪声的预测成为难题。
发明内容
本发明的目的克服现有技术存在的不足，为实现以上目的，采用一种用于滚动轮胎辐射噪声预测的有限元仿真数据转化方法，以解决上述背景技术中提出的问题。
一种用于滚动轮胎辐射噪声预测的有限元仿真数据转化方法，包括以下步骤：
步骤S1、获取滚动轮胎有限元仿真输出数据，并提取每个时刻的轮胎有限元网格的节点编号、单元，以及节点全局坐标；
步骤S2、基于有限差分，计算各个时刻的节点速度，再去除轮胎宏观旋转引发的旋转速度，得到轮胎局部坐标系下的节点振动速度；
步骤S3、对每个节点处的振动速度做时间Fourier变换，得到频域节点振动速度；在同一频率下取分布在同一个圆周上的频域节点振动速度做角度Fourier变换，得到波数域-频域节点振动速度；根据拉格朗日坐标系和欧拉坐标系的波数域-频域节点振动速度的频率对应关系，重构欧拉坐标系中的波数域-频域节点振动速度；
步骤S4、对重构后的欧拉坐标系中的波数域-频域节点振动速度做周向波数的反Fourier变换，得到可作为边界元法输入的欧拉坐标系中的频域节点振动速度，并预测滚动轮胎辐射噪声。
作为本发明的进一步的方案：所述步骤S2中的具体步骤包括：
获取轮胎表面一个节点在ti时刻的坐标R(ti)，在ti+1时刻的坐标为R(ti+1)，根据差分原理，得到ti时刻该节点的速度
其中，Δt为时间采样间隔，该节点的速度由旋转速度vΩ(ti)和拉格朗日坐标系中的振动速度vl(ti)两部分组成，即v(ti)＝vΩ(ti)+vl(ti)；
将轮胎旋转轴的方向矢量表示为eaxis，将节点绕轴旋转矢量表示为r(ti)，将节点绕轴旋转半径表示为|r(ti)|，将节点旋转角速度表示为Ω，则节点旋转方向矢量e(ti)可表征为旋转速度vΩ(ti)可表征为vΩ(ti)＝|r(ti)|Ωe(ti)，节点振动速度vl(ti)可表征为vl(ti)＝v(ti)-vΩ(ti)。
作为本发明的进一步的方案：所述步骤S3中具体步骤包括：
步骤S31、对每个节点处的振动速度vl(ti)做时间Fourier变换，获得频域节点振动速度vl(ω)，其中ω为角频率；
步骤S32、取同一频率下分布在同一个圆周上的频域节点振动速度vl(ω)做角度Fourier变换，获得波数域-频域节点振动速度vl(n,ω)，其中n是周向波数；
步骤S33、在每个周向波数n，从拉格朗日坐标系下的波数域-频域节点振动速度vl(n,ω)中提取对应欧拉坐标系的波数域-频域节点振动速度vl(n,ω-nΩ)。
作为本发明的进一步的方案：所述步骤S4中具体步骤包括：
对欧拉坐标系中的波数域-频域节点振动速度vl(n,ω-nΩ)做周向波数的反Fourier变换，得到欧拉坐标系中的频域节点振动速度ve(ω)，作为边界元法的输入来预测滚动轮胎辐射噪声。
与现有技术相比，本发明存在以下技术效果：
采用上述的技术方案，通过从滚动轮胎有限元仿真输出数据中，提取每个时刻的轮胎数据，采用有限差分，计算各个时刻的节点速度，接着去除轮胎宏观旋转引发的旋转速度，得到轮胎局部坐标系下的节点振动速度，做角度Fourier变换，获得波数域-频域节点振动速度，最终，做周向波数的反Fourier变换，获得欧拉坐标系中的频域节点振动速度，来预测滚动轮胎辐射噪声，从而实现有限元仿真输出的拉格朗日坐标系中的滚动轮胎全局坐标，到边界元所需的欧拉坐标系中的静止轮胎局部坐标振动数据之间的转化方法。
附图说明
下面结合附图，对本发明的具体实施方式进行详细描述：
图1为本申请公开实施例的转化方法的步骤示意图；
图2为本申请公开实施例的坐标数据示意图。
具体实施方式
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，所描述的实施例仅仅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。
请参考图1和图2，本发明实施例中，一种用于滚动轮胎辐射噪声预测的有限元仿真数据转化方法，包括以下步骤：
步骤S1、获取滚动轮胎有限元仿真输出数据，并提取每个时刻的轮胎有限元网格的节点编号、单元，以及节点全局坐标；
步骤S2、基于有限差分，计算各个时刻的节点速度，再去除轮胎宏观旋转引发的旋转速度，得到轮胎局部坐标系下的节点振动速度，具体步骤包括：
获取轮胎表面一个节点在ti时刻的坐标R(ti)，在ti+1时刻的坐标为R(ti+1)，根据差分原理，得到ti时刻该节点的速度
其中，Δt为时间采样间隔，该节点的速度由旋转速度vΩ(ti)和拉格朗日坐标系中的振动速度vl(ti)两部分组成，即v(ti)＝vΩ(ti)+vl(ti)；
将轮胎旋转轴的方向矢量表示为eaxis，将节点绕轴旋转矢量表示为r(ti)，将节点绕轴旋转半径表示为|r(ti)|，将节点旋转角速度表示为Ω，则节点旋转方向矢量e(ti)可表征为旋转速度vΩ(ti)可表征为vΩ(ti)＝|r(ti)|Ωe(ti)，节点振动速度vl(ti)可表征为vl(ti)＝v(ti)-vΩ(ti)。
步骤S3、对每个节点处的振动速度做时间Fourier变换，得到频域节点振动速度；在同一频率下取分布在同一个圆周上的频域节点振动速度做角度Fourier变换，得到波数域-频域节点振动速度；根据拉格朗日坐标系和欧拉坐标系的波数域-频域节点振动速度的频率对应关系，重构欧拉坐标系中的波数域-频域节点振动速度，具体步骤包括：
步骤S31、对每个节点处的振动速度vl(ti)做时间Fourier变换，获得频域节点振动速度vl(ω)，其中ω为角频率；
步骤S32、取同一频率下分布在同一个圆周上的频域节点振动速度vl(ω)做角度Fourier变换，获得波数域-频域节点振动速度vl(n,ω)，其中n是周向波数；
步骤S33、在每个周向波数n，从拉格朗日坐标系下的波数域-频域节点振动速度vl(n,ω)中提取对应欧拉坐标系的波数域-频域节点振动速度vl(n,ω-nΩ)。
步骤S4、对重构后的欧拉坐标系中的波数域-频域节点振动速度做周向波数的反Fourier变换，得到可作为边界元法输入的欧拉坐标系中的频域节点振动速度，并预测滚动轮胎辐射噪声，具体步骤包括：
对欧拉坐标系中的波数域-频域节点振动速度vl(n,ω-nΩ)做周向波数的反Fourier变换，得到欧拉坐标系中的频域节点振动速度ve(ω)，作为边界元法的输入来预测滚动轮胎辐射噪声。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种用于滚动轮胎辐射噪声预测的有限元仿真数据转化方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤S1、获取滚动轮胎有限元仿真输出数据，并提取每个时刻的轮胎有限元网格的节点编号、单元，以及节点全局坐标；
步骤S2、基于有限差分，计算各个时刻的节点速度，再去除轮胎宏观旋转引发的旋转速度，得到轮胎局部坐标系下的节点振动速度；
步骤S3、对每个节点处的振动速度做时间Fourier变换，得到频域节点振动速度；在同一频率下取分布在同一个圆周上的频域节点振动速度做角度Fourier变换，得到波数域-频域节点振动速度；根据拉格朗日坐标系和欧拉坐标系的波数域-频域节点振动速度的频率对应关系，重构欧拉坐标系中的波数域-频域节点振动速度；
步骤S4、对重构后的欧拉坐标系中的波数域-频域节点振动速度做周向波数的反Fourier变换，得到可作为边界元法输入的欧拉坐标系中的频域节点振动速度，并预测滚动轮胎辐射噪声。
2.根据权利要求1所述一种用于滚动轮胎辐射噪声预测的有限元仿真数据转化方法，其特征在于，所述步骤S2中的具体步骤包括：
获取轮胎表面一个节点在ti时刻的坐标R(ti)，在ti+1时刻的坐标为R(ti+1)，根据差分原理，得到ti时刻该节点的速度
其中，Δt为时间采样间隔，该节点的速度由旋转速度vΩ(ti)和拉格朗日坐标系中的振动速度vl(ti)两部分组成，即v(ti)＝vΩ(ti)+vl(ti)；
将轮胎旋转轴的方向矢量表示为eaxis，将节点绕轴旋转矢量表示为r(ti)，将节点绕轴旋转半径表示为|r(ti)|，将节点旋转角速度表示为Ω，则节点旋转方向矢量e(ti)可表征为旋转速度vΩ(ti)可表征为vΩ(ti)＝|r(ti)|Ωe(ti)，节点振动速度vl(ti)可表征为vl(ti)＝v(ti)-vΩ(ti)。
3.根据权利要求1所述一种用于滚动轮胎辐射噪声预测的有限元仿真数据转化方法，其特征在于，所述步骤S3中具体步骤包括：
步骤S31、对每个节点处的振动速度vl(ti)做时间Fourier变换，获得频域节点振动速度vl(ω)，其中ω为角频率；
步骤S32、取同一频率下分布在同一个圆周上的频域节点振动速度vl(ω)做角度Fourier变换，获得波数域-频域节点振动速度vl(n,ω)，其中n是周向波数；
步骤S33、在每个周向波数n，从拉格朗日坐标系下的波数域-频域节点振动速度vl(n,ω)中提取对应欧拉坐标系的波数域-频域节点振动速度vl(n,ω-nΩ)。
4.根据权利要求1所述一种用于滚动轮胎辐射噪声预测的有限元仿真数据转化方法，其特征在于，所述步骤S4中具体步骤包括：
对欧拉坐标系中的波数域-频域节点振动速度vl(n,ω-nΩ)做周向波数的反Fourier变换，得到欧拉坐标系中的频域节点振动速度ve(ω)，作为边界元法的输入来预测滚动轮胎辐射噪声。
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