JP2020047015A - Analysis device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、移動中の構造物の周囲の流れ場(例えば、流速及び渦度等)と、構造物の内部に到達する風切音との関係を解析する解析装置に関する。 The present invention relates to an analysis device for analyzing a relationship between a flow field (for example, a flow velocity and a vorticity) around a moving structure and a wind noise reaching the inside of the structure.
車両を始めとする構造物の移動中に発生する音を解析するための技術が開発されている。例えば、従来の装置は、車両モデルを走行させるシミュレーションにより当該車両モデル表面の任意の位置における「圧力変動の振幅」と「平均流速」とを取得し、これらの値に基づいて車両モデル表面から放射される音の総エネルギーである音響パワーを算出する(例えば、特許文献1を参照。)。 2. Description of the Related Art Techniques have been developed for analyzing sounds generated during the movement of structures such as vehicles. For example, a conventional apparatus acquires “amplitude of pressure fluctuation” and “average flow velocity” at an arbitrary position on the surface of a vehicle model by a simulation of running the vehicle model, and radiates from the vehicle model surface based on these values. The sound power, which is the total energy of the sound to be played, is calculated (for example, see Patent Document 1).
ところで、構造物(例えば、車両)の移動中においては、構造物周囲の流体の流れによって発生した騒音が、構造物内部にまで到達する。本明細書では、このように構造物内部にまで到達する騒音を「風切音」と称呼する。風切音は、構造物周囲の流れ場の影響を受けて変化する。このため、風切音を低減するためには、構造物周囲の流れ場のうちどの部分(位置)が風切音に強く影響を与えているのかを特定し、当該部分の流れ場を変更する(即ち、構造物の部品形状を変更する)必要がある。しかしながら、「風切音に大きく寄与している流れ場の部分を特定する方法」には統一された手法があるわけではなく、実際には技術者が自身のノウハウ及び知見に基づいて当該流れ場の部分を特定している。このため、技術者によって検討結果にばらつきが生じ、試行錯誤が多く発生するという問題があった。 By the way, during the movement of a structure (for example, a vehicle), noise generated by the flow of fluid around the structure reaches inside the structure. In this specification, such noise that reaches the inside of the structure is referred to as “wind noise”. Wind noise changes under the influence of the flow field around the structure. For this reason, in order to reduce the wind noise, which part (position) of the flow field around the structure has a strong influence on the wind noise, the flow field of that part is changed. (That is, the shape of the component of the structure must be changed). However, there is no unified method for “methods to identify the part of the flow field that greatly contributes to the wind noise”. In practice, engineers use the flow field based on their own know-how and knowledge. Part is specified. For this reason, there has been a problem that the results of the examination vary depending on the engineer, and trial and error often occurs.
本発明は、上記の問題を解決するためになされたものであり、その目的の一つは、車両を始めとする構造物の周囲の流れ場と、構造物の内部に到達する風切音との関係を解析することにより、風切音に大きく寄与している構造物周囲の流れ場の位置を適切に特定することが可能な技術を提供することにある。 The present invention has been made to solve the above problems, and one of its objects is to provide a flow field around a structure including a vehicle and a wind noise reaching the inside of the structure. An object of the present invention is to provide a technique capable of appropriately specifying the position of a flow field around a structure that greatly contributes to wind noise by analyzing the relationship of the wind noise.
本発明の解析装置(以下、「本発明装置」と称呼される場合がある。)は、移動中の構造物に発生する風切音を解析する解析装置(10)である。
当該解析装置は、
前記構造物をモデル化した構造物モデル(20)を移動させる非定常CFD計算処理を実行して、前記構造物モデル(20)の周囲の流れ場のうち所定領域(21)内の流れ場の所定時間における平均流速(U−)及び平均渦度(Ω−)を、当該所定領域(21)内の節点である空間節点(z)毎に算出するとともに、風切音の解析対象となる角周波数帯である着目角周波数帯([θl,θh])において、前記所定領域(21)内における乱れ流速の振幅(u〜θ)に基づく値を、前記空間節点(z)毎に算出する第1計算手段(11、ステップ605、ステップ610、ステップ615)と、
前記第1計算手段によって算出された前記平均流速(U−)と、前記平均渦度(Ω−)と、前記乱れ流速の振幅(u〜θ)に基づく値と、に基いて、前記構造物における解析表面の観測点(x)にて法線方向に沿って入射する音響インテンシティ(Iinn)に対する前記空間節点(z)における流れ場の寄与度を示す第1指標(IDS)を算出する第2計算手段(11、ステップ620)と、
前記第2計算手段によって算出された前記第1指標に基いて、前記解析表面に到達する音響パワー(Pin)を算出するとともに、前記解析表面に到達する前記音響パワーに対する前記空間節点(z)における流れ場の寄与度を示す第2指標(APwDS)を算出する第3計算手段(11、ステップ630)と、
前記所定領域内における前記第2指標の大きさの分布に関する情報を表示する表示手段(13、19、ステップ640)と、
を備える。
The analyzer of the present invention (hereinafter, sometimes referred to as “the present device”) is an analyzer (10) that analyzes a wind noise generated in a moving structure.
The analyzer is
A non-stationary CFD calculation process for moving a structure model (20) obtained by modeling the structure is executed, and a flow field in a predetermined region (21) of a flow field around the structure model (20) is calculated. The average flow velocity (U−) and the average vorticity (Ω−) in a predetermined time are calculated for each spatial node (z) which is a node in the predetermined area (21), and the angle to be analyzed for wind noise is calculated. In the angular frequency band of interest ([θ l , θ h ]), which is a frequency band, a value based on the amplitude (u to θ ) of the turbulent flow velocity in the predetermined area (21) is calculated for each spatial node (z). First calculating means (11,
The structure based on the average flow velocity (U−) calculated by the first calculation unit, the average vorticity (Ω−), and a value based on the amplitude of the turbulent flow velocity (u to θ ). The first index (IDS) indicating the contribution of the flow field at the spatial node (z) to the sound intensity (Iin n ) incident along the normal direction at the observation point (x) on the analysis surface at is calculated. Second calculating means (11, step 620);
A sound power (Pin) reaching the analysis surface is calculated based on the first index calculated by the second calculation means, and a sound power (Pin) at the space node (z) with respect to the sound power reaching the analysis surface is calculated. Third calculating means (11, step 630) for calculating a second index (APwDS) indicating the contribution of the flow field;
Display means (13, 19, step 640) for displaying information on the distribution of the size of the second index in the predetermined area;
Is provided.
本発明装置によれば、解析表面に到達する音響パワーに対する空間節点(z)における流れ場の寄与度を示す第2指標の大きさの分布に関する情報が、表示手段により表示される。従って、ユーザは、構造物の内部に到達する風切音に大きく寄与している構造物周囲の流れ場の位置を適切に特定することができる。 According to the device of the present invention, the information on the distribution of the magnitude of the second index indicating the contribution of the flow field at the spatial node (z) to the acoustic power reaching the analysis surface is displayed by the display means. Therefore, the user can appropriately specify the position of the flow field around the structure that largely contributes to the wind noise reaching the inside of the structure.
なお、上記説明においては、発明の理解を助けるために、実施形態に対応する発明の構成に対して、実施形態で用いた符号を括弧書きで添えているが、発明の各構成要件は前記符号によって規定される実施形態に限定されるものではない。 In the above description, in order to facilitate understanding of the invention, the reference numerals used in the embodiments are appended in parentheses to the configuration of the invention corresponding to the embodiment, but each constituent element of the invention is the same as the reference numeral. It is not limited to the embodiment defined by.
<本実施装置の構成>
本実施装置は、様々な構造物の移動時に発生する風切音を解析するが、本実施形態では、構造物のうち車両を例に挙げて説明する。
<Configuration of the present embodiment>
The present embodiment analyzes wind noise generated when various structures move. In the present embodiment, a vehicle is described as an example of the structures.
図1に示すように、解析装置10は、演算部11と、入力部12と、出力部13とを備える。演算部11は、CPU14と、RAM15と、ROM16と、ハードディスク(HDD)17と、I/Oインタフェース18とを備える。
As illustrated in FIG. 1, the
上記のROM16及び/又はHDD17には、風切音の解析対象となる車両の三次元モデルのデータ、解析範囲を示すフロードメインのデータ、及び、非定常CFD(数値流体力学)シミュレーションに必要なデータ等が予め格納されている。
The
更に、ROM16には、CPU14が実行するインストラクション(プログラム、ルーチン)が格納されている。CPU14は、当該インストラクションを実行することにより以降で説明する各種機能を実現するようになっている。
Further, the
演算部11は、I/Oインタフェース18を介して入力部12及び出力部13に接続されている。入力部12は、ユーザからの各種要求を受け付ける装置であり、キーボード及びマウスを含む。従って、ユーザは、入力部12を用いて、指標(後述するAPwDS)の参照値及びパラメータ等を指定することができる。出力部13は、ユーザが視認可能な表示画面19を有する。
The
<車両モデルの構成>
図2は、車両の三次元モデル20(以下、単に「車両モデル20」と称する。)及びフロードメイン21を模式的に示す図である。なお、車両モデル20は、「構造物モデル」の一例に相当する。図2に示すように、車両モデル20の空間座標系は、e1軸(車両の前後方向)、e2軸(車両の車幅方向)及びe3軸(高さ方向)からなる。加えて、原点は、車両モデル20の基準点(例えば、重心)から所定の方向に所定の距離(ゼロ値を含む)だけ離れた位置に設定される。
<Configuration of vehicle model>
FIG. 2 is a diagram schematically showing a three-
フロードメイン21は、車両モデル20の周囲の空間のうち、非定常CFD計算が実施される範囲を示す領域である。フロードメイン21は、「車両モデル20の周囲の流れ場のうち、左側フロントサイドガラス22における表面の法線方向に入射する音響インテンシティ(後述)に影響を与える可能性のある部分の流れ場を含んだ領域」として設定される。具体的には、フロードメイン21は、左側フロントサイドガラス22、左側サイドミラー23、左側フロントピラー及びフロントガラスの左半分等を含む略直方体形状の空間から車両モデル20と重複している部分がくりぬかれた形状を有する。フロードメイン21は、車両モデル20のうちどの部分を解析対象とするかによって自由に設定可能である。なお、フロードメイン21は、「所定領域」の一例に相当する。
The
<風切音の解析>
以下では、車両の走行時に発生する風切音を解析する具体的な方法について説明する。以下では、風切音(車両の内部に到達する騒音)を「車内音Pout」と称呼する(図3を参照。)。
<Analysis of wind noise>
Hereinafter, a specific method for analyzing the wind noise generated when the vehicle travels will be described. Hereinafter, the wind noise (noise arriving inside the vehicle) is referred to as “in-vehicle sound P out ” (see FIG. 3).
(車内音と車両表面に到達する音響パワーとの関係式)
下記式(1)に示すように、車内音Poutは、車両表面に到達する音響パワーPinと車両表面透過損失TLによって決定される。なお、車両表面透過損失TLは、車両表面の材料特性に依存する。車両表面透過損失TLは、事前に計測により求めることができる。
As shown in the following formula (1), interior noise P out is determined by the sound power P in and the vehicle surface transmission loss TL reaching the vehicle surface. The vehicle surface transmission loss TL depends on the material properties of the vehicle surface. The vehicle surface transmission loss TL can be obtained by measurement in advance.
ここで、車内音Poutと車両周囲の流れ場との関係を解析するために、音響パワーPinと車両周囲の流れ場との関係を表す関係式を構築する。 In order to analyze the relationship between the interior noise P out and the vehicle surrounding flow field, to build a relational expression representing the relationship between the sound power P in the vehicle surrounding flow field.
音響パワーPinは、下記式(2)及び式(3)により表すことができる。従って、音響パワーPinは、車両表面における音圧(以下、単に「表面音圧」と称呼する場合がある。)を用いて算出することができる。
なお、式(2)及び式(3)内の記号は以下の通りである。
表面音圧paは、以降で説明する「APDS(Acoustic Pressure Density Source(音圧ソース密度))」により評価することができる。APDSは、車両周囲の流れ場と表面音圧の変動との関係を定量的に示す指標(別言すれば、「車両周囲の任意の位置における流れ場(の状態)」が「車両表面の任意の位置における表面音圧の変動」にどれくらい寄与しているかを示す指標)である。APDSは、車両周囲の任意の位置における流れ場の平均流速(後述するU−)、乱れ流速(後述するu〜θ)及び平均渦度(後述するΩ−)等の物理量をパラメータとして有する。 The surface sound pressure pa can be evaluated by “APDS (Acoustic Pressure Density Source)” described below. The APDS is an index that quantitatively indicates the relationship between the flow field around the vehicle and the fluctuation of the surface sound pressure (in other words, the “flow field (state) at an arbitrary position around the vehicle” is “arbitrary on the vehicle surface”. Index indicating how much the surface sound pressure varies at the position "). The APDS has as parameters physical parameters such as an average flow velocity (U- described later), a turbulent flow velocity (u- θ described later) and an average vorticity (Ω- described later) at an arbitrary position around the vehicle.
加えて、「車両表面の任意の位置における表面音圧の変動」は、APDSを車両周囲の所定領域(フロードメイン21)内の流れ場で空間積分した値に基づいて算出(予測)することができる。このため、本実施装置は、非定常CFD計算処理により、流れ場の平均流速、乱れ流速及び平均渦度をフロードメイン21内の位置毎に算出し、これらの値に基づいて、APDSをフロードメイン21内の位置毎に算出する。
In addition, the “fluctuation in surface sound pressure at an arbitrary position on the vehicle surface” can be calculated (predicted) based on a value obtained by spatially integrating the APDS with a flow field in a predetermined region (flow domain 21) around the vehicle. it can. For this reason, the present embodiment apparatus calculates the average flow velocity, the turbulent flow velocity, and the average vorticity of the flow field for each position in the
より具体的には、非定常CFD計算処理により、周波数(角周波数)毎に乱れ流速(厳密には、乱れ流速の振幅)u〜θの自己相関関数が算出される(θ:角周波数。θ=2πf)。なお、「乱れ流速の振幅u〜θの自己相関関数」は「乱れ流速の振幅に基づく値」の一例に相当する。 More specifically, the autocorrelation function of the turbulent flow velocity (strictly speaking, the amplitude of the turbulent flow velocity) u to θ is calculated for each frequency (angular frequency) by the unsteady CFD calculation processing (θ: angular frequency. = 2πf). The “autocorrelation function of the turbulent flow velocity amplitudes u to θ ” corresponds to an example of “a value based on the turbulent flow velocity amplitude”.
自己相関関数は、風切音の解析対象となる周波数帯において算出される(以下、当該周波数帯を「着目周波数帯」とも称する。)。着目周波数帯はユーザによって選択可能であり、例えば、中心周波数fmが500Hz、1kHz、2kHz又は4kHzの周波数帯が選択され得る。典型的には2kHz以上の周波数帯が選択され得る。例えば、着目周波数帯として2kHz(下限周波数fl=1420Hz、上限周波数fh=2840Hz)が選択された場合、乱れ流速の自己相関関数は、1420Hzから2840Hzの範囲内で、フロードメイン21内の位置毎に算出される。
The autocorrelation function is calculated in a frequency band to be analyzed for wind noise (hereinafter, the frequency band is also referred to as a “frequency band of interest”). Focusing frequency band is selectable by the user, for example, the center frequency f m is 500 Hz, 1 kHz, the frequency band of 2kHz or 4kHz may be selected. Typically, a frequency band of 2 kHz or more can be selected. For example, when 2 kHz (lower limit frequency f 1 = 1420 Hz, upper limit frequency f h = 2840 Hz) is selected as the frequency band of interest, the autocorrelation function of the turbulent flow velocity is within the range of 1420 Hz to 2840 Hz and within the
なお、任意の関数Fθの自己相関関数は、下記式(4)によって定義される。
車両モデル20の左側フロントサイドガラス22の表面を「解析表面」と規定する。更に、解析表面上の任意の基準節点から数えてi番目の節点xをxi(i:1〜m)と規定し、フロードメイン21内の任意の基準空間節点から数えてj番目の空間節点zをzj(j:1〜n)と規定する。k番目の節点xk(k:1〜m)についてのAPDSは、フロードメイン21内の全空間節点zjにおいてそれぞれ算出される。
The surface of the left
ここで、節点xkについての着目周波数帯におけるAPDSをフロードメイン21内の全空間節点zjで空間積分した値は、「節点xkにおける着目周波数帯の表面音圧変動paθ(xk)の自己相関関数」の近似値である(後述)。このため、各空間節点zjにおける着目周波数帯のAPDSの値は、フロードメイン21の単位体積当たりの「節点xkにおける着目周波数帯の表面音圧変動paθ(xk)の自己相関関数」の近似値を表していると解釈することができる。なお、以下では、ある節点xkを他の節点xiと区別する必要がない場合は、「k」及び「i」の表記を省略する。空間節点ziについても同様である。
Here, the value obtained by spatially integrating the APDS in the frequency band of interest for the node x k with all the spatial nodes z j in the
(APDS計算式の導出)
次に、APDSの計算式及びその計算式の導出方法について記載する。以下では、構造物表面における、圧力変動の振幅、音圧変動の振幅及び流体流動圧力変動の振幅を、それぞれ「表面圧力変動」、「表面音圧変動」及び「表面流体流動圧力変動」と称する。更に、節点xを「観測点x」と称し、空間節点zを「評価点z」と称する。
(Derivation of APDS calculation formula)
Next, a calculation formula of the APDS and a method of deriving the calculation formula will be described. Hereinafter, the amplitude of the pressure fluctuation, the amplitude of the sound pressure fluctuation, and the amplitude of the fluid flow pressure fluctuation on the structure surface are referred to as “surface pressure fluctuation”, “surface sound pressure fluctuation”, and “surface fluid flow pressure fluctuation”, respectively. . Further, the node x is referred to as “observation point x”, and the spatial node z is referred to as “evaluation point z”.
APDSは、公知のパウエル(Powell)式に基づいて算出される「剛体モデルにおける表面圧力変動(即ち、表面音圧変動と表面流体流動圧力変動との和)とその周囲の流れ場との関係式」を時間ドメインから周波数ドメインに変換した式に基づいて定義される。但し、上記パウエル式は、APDS計算式の導出に適した形式で表現される。このため、以下では、まず、図4を参照して剛体モデル及びフロードメインについて説明し、続いて、APDS計算式の導出に適した形式のパウエル式の導出について説明する。次いで、時間ドメインにおける表面圧力変動と流れ場との関係式の導出について説明し、その後、APDS計算式の導出について説明する。 APDS is a relational expression between the surface pressure fluctuation (that is, the sum of the surface sound pressure fluctuation and the surface fluid flow pressure fluctuation) in the rigid body model, which is calculated based on the well-known Powell equation, and the flow field around it. Is converted from the time domain to the frequency domain. However, the Powell formula is expressed in a format suitable for deriving the APDS calculation formula. Therefore, hereinafter, the rigid body model and the flow domain will be described first with reference to FIG. 4, and subsequently, the derivation of the Powell formula in a form suitable for deriving the APDS calculation formula will be described. Next, the derivation of the relational expression between the surface pressure fluctuation and the flow field in the time domain will be described, and then the derivation of the APDS calculation expression will be described.
1.剛体モデル及びフロードメイン
図4は、剛体モデル41及びフロードメイン42の模式図を示す。剛体モデル41(以下、単に「剛体41」とも称する。)は、その表面S上に観測点xを有する。フロードメイン42は、剛体41の周囲の流れ場のうち、観測点xにおける表面圧力変動に影響を与える可能性のある部分の流れ場である。フロードメイン42は、その内部に複数の評価点zを有する。APDS(x,z)は、観測点xにおける表面音圧変動に対する評価点zにおける流れ場の寄与度を表す指標である。なお、図4中のその他の文字については後述する。
1. Rigid Body Model and Flow Domain FIG. 4 is a schematic diagram of the
2.パウエル式の導出
下記式(5)は、体積力がゼロの場合のナビエ−ストークス方程式(Navier-Stokes equation)を示す。
上記式(5)の物質微分を偏微分を用いて書き直し、その後、以下の関係式;
続いて、上記式(6)を以下の関係式;
本実施形態の流れ場は非圧縮性流体又は微圧縮性流体であるが、この場合、以下の関係式;
上記式(8)の両辺に流れ場の密度ρを乗算して発散をとると、下記式(9)が得られる。
ここで、流れ場の流速uと流れ場の密度ρとの間には、下記式(10)に示す関係式が成立する。
ところで、本実施形態の流れ場は高レイノルズ数流れ(即ち、流速が比較的に大きい流れであり、例えば、100km/h〜140km/h。)である。高レイノルズ数流れでは、以下の関係式;
上記式(9)を上記式(11)及び式(12)を用いて式変形(近似)すると、下記式(13)が得られる。
ここで、本実施形態の流れ場は、低マッハ数流れ(即ち、音速に対する流体の流速の比が比較的に低い流れ場)である。低マッハ数流れでは以下の関係式;
3.時間ドメインにおける表面圧力変動と流れ場との関係式の導出
グリーン(Green)関数Gは、下記式(15)の関係式を満たす。
物体境界条件を考慮すると、上記式(14)に示すパウエル式は、下記式(17)のように表される。
このヘビサイド関数H(z)は、下記式(19)の積分方程式を満たす。
上記式(17)の左辺の1項目、2項目及び右辺は、それぞれ下記式(17-1)、(17-2)及び(17-3)のように変形できる。
上記式(17-1)〜(17-3)を上記式(17)に代入すると、下記式(20)が得られる。
上記式(20)の右辺の2項目(−符号は省略)は、下記式(20-1)のように式変形できる。
上記式(20-1)を上記式(20)に代入すると、下記式(21)が得られる。
上記式(16)を用いると、上記式(21)の積分表示は下記式(22)のようになる。
上記式(22)の右辺の1項目を上記式(21)を用いて展開すると、下記式(22-1)が得られる。なお、以下では、表記の都合上、上記式(22)の右辺の各項の式変形を記載する際は、時間積分を省略して記載する。
上記式(22)の右辺の2項目及び3項目を上記式(21)を用いて展開すると、下記式(22-2)が得られる。
上記式(22)の右辺の4項目は、下記式(22-3)のように式変形できる。
上記式(22-1)〜(22-3)を上記式(22)に代入すると、下記式(23)が得られる。
仮想表面S+を剛体41の表面Sに収束させると、上記式(23)は下記式(24)のように書き直すことができる。
ここで、高レイノルズ数流れでは、上記式(24)の右辺の3項目は4項目に対して無視できるほど小さい。加えて、剛体41が静止している場合は流速がないため、当該右辺の2項目はゼロに等しい。従って、上記式(24)は、下記式(25)のように簡略化できる。
静止物体表面上では流速がないため、エンタルピーBは下記式のように表される。
上記式の右辺p/ρをp/ρ=p*と定義してエンタルピーBを上記式(25)に代入すると、下記式(26)の関係式が得られる。この関係式が、「時間ドメインにおける表面圧力変動と流れ場との関係式」である。
4.APDS計算式の導出
上記式(26)の関係式は、表面圧力変動pに基づく値(関数)p*(=p/ρ)をその両辺に含むため、観測点xにおける表面圧力変動pを流速u及び渦度ωから直接的に計算することができない。このため、以下では、式変形により右辺からp*を含む項を消去し、「観測点xにおける表面圧力変動p」と「流れ場の流速u及び渦度ω」との関係式を導出する。
4. Derivation of APDS calculation formula Since the relational expression of the above formula (26) includes a value (function) p * (= p / ρ) based on the surface pressure fluctuation p on both sides thereof, the surface pressure fluctuation p at the observation point x is expressed by the flow velocity It cannot be calculated directly from u and vorticity ω. For this reason, in the following, the term including p * is deleted from the right side by equation deformation, and a relational expression between “surface pressure fluctuation p at observation point x” and “flow velocity u and vorticity ω of the flow field” is derived.
図5に示すように、剛体41の表面S上の観測点xの近傍領域を表面領域Sxと定義し、表面領域Sxの法線ベクトルをn(x)とする。表面領域Sxは十分に大きい平面である。加えて、法線ベクトルn(x)上に、観測点xからの距離が等しい2個の点x+、x−を定義する。点x+は剛体41の外部に位置しており、点x−は剛体41の内部に位置している。なお、その他の文字については後述する。点x+、x−をそれぞれ観測点として上記式(25)に代入すると、下記式(25-1)、(25-2)が得られる。
As shown in FIG. 5, a region near the observation point x on the surface S of the
式(25-1)と式(25-2)の両辺をそれぞれ足し合わせてx−とx+についてxに近づくときの極限をとると、下記式(27)が得られる。なお、以下の式変形では、H(x+)=1及びH(x−)=0を利用している(式(18)参照)。
上記式(27)の右辺の1項目及び2項目は、それぞれ下記式(27-1)及び(27-2)のように式変形できる。なお、式中のS\Sxは、剛体41の表面Sのうち表面領域Sxを含まない部分を表す(図5参照)。
上記式(27-1)、(27-2)を上記式(27)に代入すると、下記式(28)が得られる。
フーリエ変換は下記式によって定義される。
上記式(27)にフーリエ変換を適用し、畳み込み積分のフーリエ変換結果を用いると、下記式(30)が得られる。
ここで、グリーン関数Gをフーリエ変換したGθ(x,z)は下記式(31)のように表され、下記式(32)の関係式(いわゆるヘルムホルツ(Helmholtz)方程式)を満たす。
Gθ(x,z)の勾配は、上記式(31)を用いて下記式(33)のように表すことができる。なお、式中のベクトルrは、観測点xから評価点zへ向かうベクトルである。
ここで、剛体41の表面に生じる圧力は流体流動圧力変動と音圧とにより構成されている。流体流動圧力変動は流体流速で移動しそれほど遠方まで伝播しないため、音響コンパクト条件(k0r<<1)を満たす。従って、上記式(33)のGθ(x,z)の勾配のうち表面流体流動圧力変動に寄与する部分は、下記式(33-1)で表されるように角周波数θに依存しておらず、距離rの関数のみによって近似できる。
一方、音圧は音速で移動し遠方まで伝播するため、音響コンパクト条件は成立しない(即ち、遠方点では(k0r>>1)となる。)。このため、上記式(33)のGθ(x,z)の勾配のうち表面音圧変動に寄与する部分は下記式(33-2)のように表される。
上記式(30)の左辺である「観測点xにおける表面圧力変動pθ(x)に基づく関数p*θ(x)」の自己相関関数(上記式(4)参照)は、下記式(34)のように表される。
上記式(34)は、Gθ(x,z)の勾配(式(33)参照)の音響コンパクト条件を用いて下記式(35)のように表される。
ここで、着目角周波数帯[θl,θh]における任意の観測点xの物理量の相関距離lx,cr、相関面積Sx,cr(図5参照)及び相関体積Vx,crをそれぞれ下記式(36-1)、(36-2)及び(36-3)によって定義する。なお、式中のθmは着目角周波数帯の中心角周波数である(θm=2πfm)。
即ち、相関面積Sx,crは平均流速の二乗に比例しており、相関体積Vx,crは平均流速の三乗に比例している。 That is, the correlation area S x, cr is proportional to the square of the average flow velocity, and the correlation volume V x, cr is proportional to the cube of the average flow velocity.
本実施形態の着目角周波数帯は比較的大きいので、相関距離lx,crは比較的小さい。従って、相関面積Sx,cr及び相関体積Vx,crも比較的小さい。このため、図5に示すように、相関面積Sx,crは表面領域Sx内に含まれている(Sx,cr⊂Sx)。ここで、上記式(35)の右辺の1項目の被積分項には剛体41の表面S上の評価点yが含まれており、表面Sのうち表面領域Sxを含まない領域(S\Sx)で積分されている。このため、観測点xの物理量は評価点yの物理量と無相関となり、この結果、上記式(35)の右辺の1項目はゼロに等しくなる。
Since the angular frequency band of interest in the present embodiment is relatively large, the correlation distance l x, cr is relatively small. Therefore, the correlation area S x, cr and the correlation volume V x, cr are also relatively small. Therefore, as shown in FIG. 5, the correlation area S x, cr is included in the surface region Sx (S x, cr cSx). Here, the integrand of one item on the right side of the above equation (35) includes the evaluation point y on the surface S of the
加えて、以下では、任意の関数Fθとその複素共役関数Fθ *との積を「関数Fθのノルム」と称し、下記式(37)のように定義する。
これにより、上記式(35)は、下記式(38)のように表すことができる。
この自己相関関数は、下記式(39)に示すように式変形できる。
ここで、式中のz1、z2は、フロードメイン42内の任意の評価点であり、z1≠z2である。着目角周波数帯における評価点z1の物理量と評価点z2の物理量との相関は、評価点z1が評価点z2の相関体積Vz2,crに含まれていない場合は無視することができる。このため、上記式(39)は、更に下記式(40)のように変形できる。
上記式(40)の右辺の「着目角周波数帯について積分される部分」のうち表面音圧変動に寄与する部分は、上記式(33-2)を用いて下記式(41)のように近似できる。
上記式(41)の流速uは、下記式(42-1)、(42-2)に示すように、平均成分としての平均流速U−と、乱れ成分としての乱れ流速u〜に分解でき、渦度ωは、平均成分としての平均渦度Ω−と、乱れ成分としての乱れ渦度ω〜に分解できる。なお、「U−」及び「Ω−」の「−」は何れも平均を表す表記であり、後述する式中の文字U及びΩの上に付されたバーに替わるものである。「u〜」の「〜」は、流速uを平均化処理したときの乱れ成分を表す表記であり、後述する式中の文字uの上に付されたチルダに替わるものである。「ω〜」の「〜」は、渦度ωを平均化処理したときの乱れ成分を表す表記であり、後述する式中の文字ωの上に付されたチルダに替わるものである。
加えて、剛体41の空間座標系において、ベクトルrを下記式(43)によって規定する。
これらの式(42-1)、(42-2)及び(43)を上記式(41)の右辺に代入すると、当該右辺は、下記式(44)のように式変形できる。なお、乱れ成分同士の積は無視できるほど小さいため、下記式(44)では、その記載を省略している。
ここで、2つの任意な関数Eθと関数Fθの相関関数を着目角周波数帯において下記式(45)のように定義する。
上記式(4)及び式(45)を用いると、渦一様等方性仮説より、下記式(46-1)〜(46-6)に示す関係式が得られる。
表面流体流動圧力変動への寄与度を算出する際は、空間微分と時間微分との間に以下の関係式;
一方、表面音圧変動への寄与度を算出する際は、音速で移動する音圧の空間微分と時間微分との間に以下の関係式;
上記式(46-1)〜(46-8)を用いて上記式(44)の右辺を整理すると、上記式(41)の左辺は、最終的に下記式(47)のように表される。
上記式(47)の右辺は、上記式(40)の右辺の「着目角周波数帯について積分される部分」のうち表面音圧変動に寄与する部分に相当する。このため、式(47)の右辺を式(40)の該当部分に代入すると、下記式(48)が得られる。
上記式(48)の右辺の被積分項に「流れ場の密度の二乗ρ2」を乗算し、評価点z2を一般の表記zに書き換えると、下記式(49)に定義されるAPDSの計算式が得られる。本明細書では、このようにして導出された式(49)を、「剛体41の観測点xにおける表面音圧変動paθ(x)」に対する「フロードメイン42内の評価点zにおける流れ場」の寄与度を表す指標として定義している。なお、ρ2を乗算するのは、APDS計算式の導出過程でp*=p/ρを用いたことによるものである。
なお、観測点xにおける表面音圧変動paθ(x)とAPDS(x,z)との間には、下記式(50)に示す近似式が成立する(式(38)、式(48)及び式(49)参照)。
即ち、「観測点xにおける表面音圧変動paθ(x)のノルム」の着目角周波数帯における積分値(別言すれば、観測点xにおける表面音圧変動paθ(x)の自己相関関数)は、「観測点xについてのAPDSをフロードメインで空間積分した値」として近似することができる。このため、APDSは、観測点xにおける表面音圧変動paθ(x)に対する評価点zにおける流れ場の寄与度を表す指標として高い精度で機能する。以上が、APDS計算式の導出についての説明である。 That is, the integral value of the “norm of the surface sound pressure fluctuation pa θ (x) at the observation point x” in the angular frequency band of interest (in other words, the autocorrelation function of the surface sound pressure fluctuation pa θ (x) at the observation point x) ) Can be approximated as “a value obtained by spatially integrating the APDS for the observation point x in the flow domain”. For this reason, the APDS functions with high accuracy as an index indicating the contribution of the flow field at the evaluation point z to the surface sound pressure fluctuation pa θ (x) at the observation point x. The above is the description of the derivation of the APDS calculation formula.
(IDSの算出)
式(49)及び式(50)から、APDSは、「評価点zにおける流れ場の空間流れ(音源)によって発生し且つ空間伝播を経て観測点xに到達する音圧」を表すと考えることができる。従って、「評価点zにおける流れ場の空間流れ(音源)によって発生し且つ空間伝播を経て観測点xに到達する、音圧伝播方向の単位ベクトル」は、下記式(51)により表すことができる。
From Equations (49) and (50), it can be considered that the APDS represents “sound pressure generated by the spatial flow (sound source) of the flow field at the evaluation point z and reaching the observation point x via spatial propagation”. it can. Therefore, “a unit vector in the sound pressure propagation direction that is generated by the spatial flow (sound source) of the flow field at the evaluation point z and reaches the observation point x via the spatial propagation” can be expressed by the following equation (51). .
式(2)と、式(50)及び式(51)とから、観測点xにて剛体41の表面の法線方向に沿って入射する音響インテンシティIinn(即ち、着目角周波数帯[θl,θh]における任意の観測点xの音響インテンシティのスペクトル平均)は、下記式(52)のように表すことができる。
更に、式(49)に示すAPDSの式を上記式(52)に代入すると、音響インテンシティIinnは、下記式(53)のように表すことができる。
式(53)における被積分項は、「観測点xにて剛体41の表面の法線方向に沿って入射する音響インテンシティIinnに対する評価点zにおける流れ場の寄与度」を表す。この被積分項を、下記式(54)のように、IDS(Intensity Density Source)として定義する。以降、IDSは「第1指標」と称呼される場合がある。
(音響パワーの算出)
音響パワーPinは、下記式(55)のように、音響インテンシティIinnを剛体41の表面にて表面積分することにより算出することができる。
Sound power P in, as in the following equation (55), a sound intensity Iin n can be calculated by the surface integration at the surface of the
式(55)の面積分項を下記式(56)のように、APwDS(Acoustic Pressure Power Density Source)として定義する。
従って、式(55)は下記式(57)のように書き換えることができる。
<本実施装置の具体的作動>
本実施装置の具体的作動について説明する。演算部11のCPU14(単に「CPU」と称呼する。)は、所定時間が経過する毎に、図6により示した「解析ルーチン」を実行するようになっている。
<Specific operation of the present embodiment>
A specific operation of the present embodiment will be described. The CPU 14 (hereinafter simply referred to as “CPU”) of the
なお、CPUは、本ルーチンを開始するにあたって、ROM16及び/又はHDD17から、風切音の解析対象となる車両モデル20のデータ、解析範囲を示すフロードメイン21のデータ、非定常CFD(数値流体力学)シミュレーションに必要なデータ、及び、風切音の解析に必要な式(APDS、IDS、Iinn及びAPwDS等の計算式)のデータ等を読み出し、これらのデータをRAM15に格納している。この例では、車両モデル20の左側フロントサイドガラス22の表面が「解析表面」として規定されている。
When starting this routine, the CPU reads from the
所定のタイミングになると、CPUは、ステップ600から図6のルーチンを開始して以下のステップ605乃至ステップ650の処理を順に行い、その後、ステップ695に進んで本ルーチンを終了する。
At a predetermined timing, the CPU starts the routine of FIG. 6 from
ステップ605:CPUは、解析範囲(フロードメイン21)内の各空間節点zについて、流れ場の流速の時刻歴データu(z,t)及び渦度の時刻歴データω(z,t)を所定時間に亘ってそれぞれ算出する。なお、フロードメイン21内の空間節点zの位置は、空間節点zが車両モデル20の表面上に存在することがないように(即ち、空間節点zが車両モデル20の表面から離間するように)予め設定されている。
Step 605: The CPU determines the time history data u (z, t) of the flow velocity of the flow field and the time history data ω (z, t) of the vorticity for each spatial node z within the analysis range (flow domain 21). Each is calculated over time. The position of the space node z in the
ステップ610:CPUは、流速の時刻歴データu(z,t)及び渦度の時刻歴データω(z,t)をそれぞれ平均化処理して、フロードメイン21内の各空間節点zについて、平均流速U−(z)及び平均渦度Ω−(z)を算出する。
Step 610: The CPU averages each of the time history data u (z, t) of the flow velocity and the time history data ω (z, t) of the vorticity to calculate the average for each spatial node z in the
ステップ615:CPUは、ステップ605で算出された流速の時刻歴データu(z,t)を高速フーリエ変換(FFT)処理して、着目角周波数帯における乱れ流速u〜θ(z)の自己相関関数を算出する。この自己相関関数は空間節点z毎に算出される。例えば、着目周波数帯として2kHzが選択された場合、乱れ流速u〜θ(z)の自己相関関数は、1420Hzから2840Hzの範囲内で、フロードメイン21内の各空間節点zについて算出される。以上のステップ605乃至ステップ615までの処理が「非定常CFD計算処理」に相当する。
Step 615: CPU is time data u (z, t) of the flow rate calculated in
ステップ620:CPUは、APDSの計算式(式(49))及びIDSの計算式(式(54))等に基いて、観測点xについてのIDSをフロードメイン21内の各評価点zにおいて算出する処理を、解析表面上の全観測点xについて行う。上述したように、解析表面上の節点xをxi(i:1〜m)と規定し、フロードメイン21内の空間節点zをzj(j:1〜n)と規定すると、CPUは、観測点xkについてのIDSをn個(評価点zの個数)算出する。CPUは、全観測点xkについてこの処理を行うので、全部でmn個のIDSを算出する。
Step 620: The CPU calculates the IDS for the observation point x at each evaluation point z in the
ステップ625:CPUは、ステップ620にて算出されたIDSに基づいて、下記式(58)に従って、音響インテンシティIinnを算出する。
上述のように、「任意の観測点xについてのIDSをフロードメイン21で空間積分した値」は、「当該観測点xにおける音響インテンシティIinn」を表す。そのため、CPUは、観測点xkについてのn個のIDS(xk,zj)を抽出し、抽出されたIDS(xk,zj)を足し合わせる(即ち、IDS(xk,zj)をフロードメイン21で空間積分する)ことにより、観測点xkにおける音響インテンシティIinnを算出する。CPUは、m個(観測点xの個数)の音響インテンシティIinnを算出する。
As described above, “the value obtained by spatially integrating the IDS at an arbitrary observation point x in the
更に、CPUは、算出した音響インテンシティIinnのデータを表示画面19に画像表示させる表示指令を出力部13に送信する。出力部13は、当該表示指令を受信すると、表示画面19に当該データを画像表示する。図7は、当該表示指令に基づいて表示画面19に画像表示された解析表面(左側フロントサイドガラス22)における音響インテンシティIinnの分布図の一例である。着目周波数帯は2kHzに設定されている。図7の例では、音響インテンシティIinnが大きい観測点ほど、濃色の色データが対応づけられている。この表示によれば、ユーザは、「解析表面のうち、音響インテンシティIinnが大きい位置」を認識することができる。即ち、ユーザは、解析表面のどの位置に対して、車内音に寄与する度合いが大きい音響インテンシティIinnが入射しているかを認識することができる。
Furthermore, CPU sends a display command to the image display data of the calculated sound intensity Iin n on the
ステップ630:CPUは、式(55)に従って、音響パワーPinを算出する。即ち、CPUは、ステップ625にて算出された音響インテンシティIinnを解析表面で面積分することにより、音響パワーPinを算出する。更に、CPUは、式(56)及び式(57)の関係から、APwDSを算出する。上述したように、APwDSは、「車両表面に到達する音響パワーPinに対する評価点zjにおける流れ場の寄与度」である。CPUは、APwDSをフロードメイン21内の各評価点zjにおいて算出する。
Step 630: CPU, according to equation (55), to calculate the sound power P in. That, CPU, by surface integral of the sound intensity Iin n calculated in
ステップ635:CPUは、APwDSの参照値を入力するための画面を表示画面19に表示する。ユーザは、APwDSの参照値(以下、「第1参照値」と称呼する。)を入力する。
Step 635: The CPU displays a screen for inputting the reference value of APwDS on the
ステップ640:CPUは、第1参照値に基いて、APwDSの等値面分布を示す画面を表示画面19に表示する。図8は、第1参照値に基いて表示画面19に画像表示されたAPwDSの等値面分布の一例である。評価点zjのうちAPwDSの値が第1参照値よりも大きい点は、濃い灰色で表示されている。即ち、音響パワーPinに対して寄与度の高い流れ場の位置が、濃い灰色で表示されている。従って、ユーザは、フロードメイン21内のどの位置の空間流れが、音響パワーPinに対して大きく寄与しているかを認識することができる。
Step 640: The CPU displays a screen showing the isosurface distribution of the APwDS on the
なお、CPUは、APwDSの複数の参照値を入力するための画面を表示画面19に表示させてもよい。この構成において、ユーザは、第1参照値と、第1参照値よりも大きい第2参照値を入力したと仮定する。図9は、第2参照値に基いて表示画面19に画像表示されたAPwDSの等値面分布の一例である。図9の画像では、濃い灰色の領域の大きさが、図8の画像に比べて小さくなっている。従って、ユーザは、音響パワーPinに対してより大きく寄与している空間流れの位置を特定することができる。
Note that the CPU may cause the
ステップ645:CPUは、IDSを構成するパラメータを指定するための画面、及び、指定したパラメータの評価断面を指定する画面を表示画面19に表示する。本例において、指定可能なパラメータは、平均流速U−、乱れ流速u〜θ、及び、平均渦度Ω−である。なお、IDSを構成する他のパラメータ(例えば、観測点と評価点を結ぶベクトルr)が指定可能になっていてもよい。ユーザは、ステップ625にて表示された音響インテンシティIinnの分布及びステップ640にて表示されたAPwDSの等値面分布を参考にして、着目したいパラメータを指定する。
Step 645: The CPU displays, on the
更に、ユーザは、指定したパラメータの評価断面を指定する。本例において、ユーザは、図10の破線Lによる断面を指定したと仮定する。 Further, the user specifies an evaluation section of the specified parameter. In this example, it is assumed that the user has designated the cross section indicated by the broken line L in FIG.
ステップ650:CPUは、ステップ645にて指定されたパラメータの分布図を表示画面19に表示させる。図11は、評価断面(図10の破線Lを参照。)における左側サイドミラー23の周囲の平均流速U−(z)の分布図を示す。更に、図12は、評価断面(図10の破線Lを参照。)における左側サイドミラー23の周囲の乱れ流速u〜θ(z)の分布図を示す。ユーザは、これらの分布図を参照することにより、車内音に寄与している空間流れの特徴(即ち、平均流速U−(z)、乱れ流速u〜θ(z)、及び、平均渦度Ω−(z))を特定し、左側サイドミラー23の設計(位置及び形状等)を検討することができる。
Step 650: The CPU causes the
<指標(IDS及びADwDS)の信頼性>
次に、上記で説明した第1指標(IDS)及び第2指標(ADwDS)の信頼性について説明する。発明者は、図2で示した車両モデル20と同じ形状を有する実車両を用意した。以降、当該実車両を「第1車両」と称呼し、当該第1車両に対応する車両モデル20を「第1車両モデル」と称呼する。
<Reliability of index (IDS and ADwDS)>
Next, the reliability of the first index (IDS) and the second index (ADwDS) described above will be described. The inventor has prepared an actual vehicle having the same shape as the
発明者は、第1車両に関して車内音の測定を行った。更に、発明者は、本実施装置を用いて、第1車両モデルに対して上述した解析処理を行った。そして、発明者は、解析処理の結果を検討し、第1車両の左サイドミラーの位置を200mmだけ車両前方側に移動させて取り付けた。このように設計変更された車両を「第2車両」と称呼する。更に、発明者は、当該第2車両に対応する車両モデルを用意した。この車両モデルを「第2車両モデル」と称呼する。 The inventor measured the interior sound of the first vehicle. Further, the inventor performed the above-described analysis processing on the first vehicle model using the present embodiment device. Then, the inventor examined the result of the analysis processing, and moved the position of the left side mirror of the first vehicle by 200 mm toward the front side of the vehicle to mount it. The vehicle whose design has been changed in this manner is referred to as a “second vehicle”. Further, the inventor has prepared a vehicle model corresponding to the second vehicle. This vehicle model is referred to as a “second vehicle model”.
発明者は、第2車両に関して車内音の測定を行った。発明者は、車内音が第1車両に比べて低減されていることを確認した。このように、左側サイドミラーの設計(位置)を変更することにより、車内音を低減することができた。車内音の具体的な改善効果は後述する図14において示されている。 The inventor measured the in-vehicle sound of the second vehicle. The inventor has confirmed that the in-vehicle sound is reduced as compared with the first vehicle. In this way, by changing the design (position) of the left side mirror, the interior sound could be reduced. The specific effect of improving the in-vehicle sound is shown in FIG. 14 described later.
更に、発明者は、本実施装置を用いて、第2車両モデルに対して上述した解析処理を行った。図13(a)は、第1車両モデルに対して解析処理を実行した場合における「解析表面(左側フロントサイドガラス)における音響インテンシティIinnの分布図」である。図13(b)は、第2車両モデルに対して解析処理を実行した場合における「解析表面(左側フロントサイドガラス)における音響インテンシティIinnの分布図」である。図13(a)及び図13(b)に示すように、左側サイドミラーの設計(位置)を変更することにより、解析表面の全体を通して音響インテンシティIinnの大きさが低減している。特に、第2車両モデルにおいては、車内音に寄与する度合いが大きい音響インテンシティIinnの領域(黒領域)が、第1車両モデルの場合と比較して小さくなっている。 Furthermore, the inventor performed the above-described analysis processing on the second vehicle model using the present embodiment device. Figure 13 (a) is a "distribution diagram of sound intensity Iin n in the analysis surface (left front side window)" in the case of executing the analysis processing on the first vehicle model. Figure 13 (b) is a "distribution diagram of sound intensity Iin n in the analysis surface (left front side window)" in the case of executing the analysis processing for the second vehicle model. As shown in FIGS. 13A and 13B, by changing the design (position) of the left side mirror, the magnitude of the sound intensity Iin n is reduced throughout the analysis surface. In particular, in the second vehicle model, region of the sound intensity Iin n degree of contribution is large interior noise (black area) is smaller as compared with the case of the first vehicle model.
図14は、「第1車両と第2車両との間での実測車内音の差」と、「本実施装置を用いて第1車両モデルを解析して算出された音響パワーと、本実施装置を用いて第2車両モデルを解析して算出された音響パワーとの差」とを示したグラフである。当該グラフに示されているように、本実施装置を用いた解析処理による改善効果の算出結果は、実測での車内音の改善効果と比較して誤差が小さい。従って、上記で説明した指標(IDS及びADwDS)は、車内音を解析する上で信頼性が高い指標であることが分かる。よって、風切音をより高い精度で解析することができる。 FIG. 14 is a diagram illustrating “difference in actually measured vehicle sound between the first vehicle and the second vehicle”, “acoustic power calculated by analyzing the first vehicle model using the present embodiment, and And the difference from the acoustic power calculated by analyzing the second vehicle model using the above. As shown in the graph, the calculation result of the improvement effect by the analysis processing using the present embodiment has a smaller error as compared with the actually measured improvement effect of the in-vehicle sound. Therefore, it can be understood that the indices (IDS and ADwDS) described above are highly reliable in analyzing the in-vehicle sound. Therefore, the wind noise can be analyzed with higher accuracy.
以上より、本実施装置によれば、上述した指標(IDS及びADwDS)を利用して、車内音に大きく寄与している流れ場の位置を特定することにより、車内音を効率的に且つ確実に低減できることができる。 As described above, according to the present embodiment, the position of the flow field that greatly contributes to the in-vehicle sound is specified using the above-described indices (IDS and ADwDS), so that the in-vehicle sound can be efficiently and reliably generated. Can be reduced.
具体的には、本実施装置では、表示画面19にAPwDSの等値面分布が表示される。ユーザは、APwDSの参照値を適宜設定することにより、音響パワーPinに対してより大きく寄与している空間流れの位置を特定することができる。
Specifically, in the present embodiment, the isosurface distribution of APwDS is displayed on the
そして、ユーザは、APwDSの等値面分布を参考にして、APwDS値への寄与が相対的に大きいパラメータ(平均流速U−、乱れ流速u〜θ、及び、平均渦度Ω−)を特定する。ユーザは、APwDSが高くなる原因となっているパラメータを容易に把握でき、車両の形状をより効率的に検討及び変更することができる。 Then, the user specifies parameters (average flow velocity U−, turbulent flow velocity u to θ , and average vorticity Ω−) that relatively contribute to the APwDS value with reference to the isosurface distribution of APwDS. . The user can easily grasp the parameter that causes the APwDS to increase, and can more efficiently study and change the shape of the vehicle.
以上、実施形態の解析装置について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を逸脱しない限りにおいて種々の変更が可能である。 As described above, the analyzer according to the embodiment has been described. However, the present invention is not limited to the above embodiment, and various modifications can be made without departing from the object of the present invention.
例えば、上記実施形態では解析対象となる構造物モデルとして車両モデルが用いられたが、これに限定されず、例えば、航空機及び船舶等の構造物モデルが用いられてもよい。 For example, in the above embodiment, a vehicle model is used as a structure model to be analyzed. However, the present invention is not limited to this. For example, a structure model such as an aircraft and a ship may be used.
ステップ625にて表示画面19に表示される情報は、図7の例に限定されず、解析表面における音響インテンシティIinnの大きさの分布に関する情報であればよい。例えば、CPUは、音響インテンシティIinnの大きさが所定の値以上となる解析表面の位置(観測点x)を表示画面19に表示してもよい。
Information displayed on the
ステップ640にて表示画面19に表示される情報は、図8及び図9の例に限定されず、フロードメイン21内におけるAPwDSの大きさの分布に関する情報であればよい。例えば、CPUは、APwDSの大きさごとに色分けした画像を表示画面19に表示してもよい。
The information displayed on the
10:解析装置、11:演算部、12:入力部、13:出力部、14:CPU、15:RAM、16:ROM、17:ハードディスク(HDD)、18:I/Oインタフェース、19:表示画面、20:車両モデル、21:フロードメイン、22:左側フロントサイドガラス、23:左側サイドミラー。
10: analysis device, 11: arithmetic unit, 12: input unit, 13: output unit, 14: CPU, 15: RAM, 16: ROM, 17: hard disk (HDD), 18: I / O interface, 19: display screen , 20: vehicle model, 21: flow domain, 22: left front side glass, 23: left side mirror.
Claims (1)
前記構造物をモデル化した構造物モデルを移動させる非定常CFD計算処理を実行して、前記構造物モデルの周囲の流れ場のうち所定領域内の流れ場の所定時間における平均流速及び平均渦度を、当該所定領域内の節点である空間節点毎に算出するとともに、風切音の解析対象となる角周波数帯である着目角周波数帯において、前記所定領域内における乱れ流速の振幅に基づく値を、前記空間節点毎に算出する第1計算手段と、
前記第1計算手段によって算出された前記平均流速と、前記平均渦度と、前記乱れ流速の振幅に基づく値と、に基いて、前記構造物における解析表面の観測点にて法線方向に沿って入射する音響インテンシティに対する前記空間節点における流れ場の寄与度を示す第1指標を算出する第2計算手段と、
前記第2計算手段によって算出された前記第1指標に基いて、前記解析表面に到達する音響パワーを算出するとともに、前記解析表面に到達する前記音響パワーに対する前記空間節点における流れ場の寄与度を示す第2指標を算出する第3計算手段と、
前記所定領域内における前記第2指標の大きさの分布に関する情報を表示する表示手段と、
を備える解析装置。
An analyzer for analyzing wind noise generated in a moving structure,
An unsteady CFD calculation process of moving a structure model obtained by modeling the structure is performed, and an average flow velocity and an average vorticity of the flow field in a predetermined region of a flow field around the structure model at a predetermined time are executed. Is calculated for each spatial node that is a node in the predetermined region, and in the angular frequency band of interest that is the angular frequency band to be analyzed for wind noise, a value based on the amplitude of the turbulent flow velocity in the predetermined region is calculated. First calculating means for calculating for each of the spatial nodes;
Based on the average flow velocity calculated by the first calculation means, the average vorticity, and a value based on the amplitude of the turbulent flow velocity, along a normal direction at an observation point on the analysis surface of the structure. Calculating means for calculating a first index indicating a degree of contribution of the flow field at the spatial node to the sound intensity incident thereon;
Based on the first index calculated by the second calculating means, the sound power reaching the analysis surface is calculated, and the contribution of the flow field at the spatial node to the sound power reaching the analysis surface is calculated. Third calculating means for calculating a second index to be indicated,
Display means for displaying information about the distribution of the size of the second index in the predetermined area;
An analysis device comprising:
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Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN112182751A (en) * | 2020-09-24 | 2021-01-05 | 揭阳市美度实业有限公司 | Simulation evaluation and optimization design method for integrated upward-convex type voltage-stabilizing flow-distributing automobile condenser |
CN112328340A (en) * | 2020-10-23 | 2021-02-05 | 前海飞算云创数据科技(深圳)有限公司 | Model process display method, device, electronic equipment and storage medium |
CN114664279A (en) * | 2022-03-21 | 2022-06-24 | 中国舰船研究设计中心 | Active noise control method for underwater vehicle propeller |
CN115358154A (en) * | 2022-08-30 | 2022-11-18 | 中国科学院地理科学与资源研究所 | Method for identifying influence factors of urban extreme rainfall under unsteady state condition |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR101896313B1 (en) | 2012-12-12 | 2018-09-07 | 현대자동차 주식회사 | Apparatus of fail safety controlling for variable rack stroke system and method thereof |
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2007263691A (en) * | 2006-03-28 | 2007-10-11 | Isuzu Motors Ltd | Sound pressure estimation method |
JP2013134742A (en) * | 2011-12-27 | 2013-07-08 | Daihatsu Motor Co Ltd | Prediction method for aerodynamic noise level |
JP2015040723A (en) * | 2013-08-20 | 2015-03-02 | トヨタ自動車株式会社 | Fluid noise estimation method |
US20170370751A1 (en) * | 2016-06-22 | 2017-12-28 | Exa Corporation | Flow-Induced Noise Source Contribution |
JP2019191110A (en) * | 2018-04-27 | 2019-10-31 | トヨタ自動車株式会社 | Wind noise analysis device, and wind noise analysis method |
JP2019200665A (en) * | 2018-05-17 | 2019-11-21 | トヨタ自動車株式会社 | Wind noise analyzing apparatus and method for analyzing wind noise |
-
2018
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Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2007263691A (en) * | 2006-03-28 | 2007-10-11 | Isuzu Motors Ltd | Sound pressure estimation method |
JP2013134742A (en) * | 2011-12-27 | 2013-07-08 | Daihatsu Motor Co Ltd | Prediction method for aerodynamic noise level |
JP2015040723A (en) * | 2013-08-20 | 2015-03-02 | トヨタ自動車株式会社 | Fluid noise estimation method |
US20170370751A1 (en) * | 2016-06-22 | 2017-12-28 | Exa Corporation | Flow-Induced Noise Source Contribution |
JP2019191110A (en) * | 2018-04-27 | 2019-10-31 | トヨタ自動車株式会社 | Wind noise analysis device, and wind noise analysis method |
JP2019200665A (en) * | 2018-05-17 | 2019-11-21 | トヨタ自動車株式会社 | Wind noise analyzing apparatus and method for analyzing wind noise |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
山田和幸 外1名: "音響インテンシティ法を用いた障害物周辺の音場の可視化", 日本音響学会2003年春季研究発表会講演論文集−I−, JPN6022014186, 18 March 2003 (2003-03-18), pages 639 - 640, ISSN: 0004747786 * |
Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN112182751A (en) * | 2020-09-24 | 2021-01-05 | 揭阳市美度实业有限公司 | Simulation evaluation and optimization design method for integrated upward-convex type voltage-stabilizing flow-distributing automobile condenser |
CN112182751B (en) * | 2020-09-24 | 2024-04-16 | 揭阳市美度实业有限公司 | Simulation evaluation and optimization design method for integrated upward-convex type voltage-stabilizing and current-distributing automobile condenser |
CN112328340A (en) * | 2020-10-23 | 2021-02-05 | 前海飞算云创数据科技(深圳)有限公司 | Model process display method, device, electronic equipment and storage medium |
CN114664279A (en) * | 2022-03-21 | 2022-06-24 | 中国舰船研究设计中心 | Active noise control method for underwater vehicle propeller |
CN115358154A (en) * | 2022-08-30 | 2022-11-18 | 中国科学院地理科学与资源研究所 | Method for identifying influence factors of urban extreme rainfall under unsteady state condition |
CN115358154B (en) * | 2022-08-30 | 2023-03-24 | 中国科学院地理科学与资源研究所 | Method for identifying influence factors of urban extreme rainfall under unstable condition |
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