一种轮胎与梳齿板式伸缩缝振动噪声模拟方法

本发明属于噪声模拟领域，具体涉及一种轮胎与梳齿板式伸缩缝振动噪声模拟方法。

背景技术：

1、车辆在行驶过程中所产生的噪声，包括轮胎/路面噪声、机械噪声与空气动力噪声，其中轮胎/路面噪声可达总噪声的90％以上。伸缩缝作为桥梁的重要部件和薄弱环节，承担着满足桥梁变形需要的功能。由于桥梁伸缩缝垂直于行车方向且多为半刚性或刚性构件，车辆通过时会对伸缩缝产生冲击作用从而产生振动噪声，而结构的振动也会反过来影响车辆行驶的平稳性和安全性。

2、目前国内外对于伸缩缝的研究主要集中在伸缩缝安装施工、病害监测及维修更换方面，针对伸缩缝振动噪声特性尤其是梳齿板式伸缩缝噪声特性研究比较少，且主要为室外监测方法，而室外试验受场地环境影响较大，测量精度较低。因此，为了在伸缩缝设计阶段预测伸缩缝的噪声特性来优化伸缩缝的降噪功能，就需要发明一种轮胎与梳齿板式伸缩缝振动噪声模拟方法。

技术实现思路

1、本发明的目的在于：提供一种轮胎与梳齿板式伸缩缝振动噪声模拟方法，解决现有技术中针对梳齿板式伸缩缝噪声监测结果精度低的问题。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种轮胎与梳齿板式伸缩缝振动噪声模拟方法，包括如下步骤：

3、s1、建立轮胎-桥面有限元模型，对轮胎施加内压和荷载，结合轮胎变形经验公式，计算得到轮胎变形量；

4、s2、建立桥面-梳齿板伸缩缝模型，并对该模型预设材料参数和网格划分；然后根据步骤s1得到的轮胎-桥面有限元模型，建立轮胎-桥面--梳齿板伸缩缝有限元模型，预设桥面与梳齿板伸缩缝之间、轮胎与桥面、及轮胎与梳齿板伸缩缝之间的接触条件；

5、s3、将轮胎的荷载作用等效为轮胎与桥面之间的竖向相对位移，通过预设多个分析步，逐步增加桥面及伸缩缝的平动速度，获得轮胎在桥面及梳齿板伸缩缝上的滚动状况，计算轮胎各节点振动位移；

6、s4、提取轮胎面网格导入至声学模拟软件中，设置场点平面和监测点，将步骤s3中获得的轮胎各节点振动位移作为边界条件，采用边界元法，计算轮胎通过桥面及梳齿板伸缩缝时的声源；

7、s5、将轮胎通过桥面及梳齿板伸缩缝时的声源叠加，比较声源叠加后的结果与已知预设结果的差值是否小于预设差值，是则输出声源叠加后的结果；否则返回执行步骤s2。

8、进一步地，前述的步骤s1包括如下子步骤：

9、s101、建立轮胎模型并绘制其网格，然后生成有限元模型；

10、s102、建立桥面有限元模型，并绘制网格，将轮胎与桥面模型预设材料参数后生成轮胎-桥面有限元模型；

11、s103、对轮胎进行充气施加内压并施加荷载，得到变形后的轮胎模型，将其变形量与dunlap d f得到的轮胎变形经验公式计算结果进行对比，如下式：

12、

13、其中，δ为轮胎压缩变形量，单位为cm；

14、c1为轮胎设计参数，

15、w为轮胎上荷载，单位为dan；

16、d为轮胎外径，单位为cm；

17、s0为轮胎宽度，单位为cm；

18、p为轮胎内压，单位为100kpa；

19、k0＝15×10-3·s0+0.42。

20、进一步地，前述的s2包括如下子步骤：

21、s201、建立桥面-梳齿板伸缩缝模型，并对该模型预设材料属性并进行网格划分，在接触轮胎的桥面模型顶面进行网格加密；

22、s202、基于桥面-梳齿板伸缩缝模型，结合步骤s1得到的轮胎-桥面有限元模型，建立轮胎-桥面-梳齿板伸缩缝有限元模型，预设轮胎与桥面之间距离；

23、s203、所述梳齿板式伸缩缝包括活动梳齿板与固定梳齿板，所述固定梳齿板与本侧桥面铺装卡槽的底面与侧面、活动梳齿板与本侧桥面铺装卡槽的底面与侧面，均使用tie约束；将所述固定梳齿板与本侧桥面铺装卡槽的底面与侧面、活动梳齿板与本侧桥面铺装卡槽的底面与侧面，活动梳齿板底面与另一侧桥面铺装卡槽底面、轮胎外表面与桥面顶面、轮胎外表面与伸缩装置的顶面及侧面设置为面-面接触，同时定义相应的摩擦系数的罚函数摩擦。

24、进一步地，前述的步骤s3包括如下子步骤：

25、s301、固定轮胎中心参考点及桥面铺装底面，对轮胎内壁施加均布荷载作为充气压力；

26、s302、固定轮胎中心参考点，对桥面铺装底面施加向上的位移，使轮胎在桥面作用下发生变形，其变形程度与步骤s1所述变形量一致；

27、s303、放松轮胎中心参考点转动自由度，允许轮胎绕中心轴转动；放松桥面铺装底面轮胎前进方向的自由度，给定桥面铺装及伸缩缝一个轮胎前进反方向的较小的初始速度，使轮胎在摩擦力作用下绕轮胎中心轴开始滚动，桥面铺装及伸缩缝与轮胎发生相对位移；

28、s304、基于步骤s303，设置多个分析步，逐步增大桥面铺装及伸缩缝的平动速度，使轮胎在到达伸缩缝前达到预设目标速度，以目标速度通过伸缩缝，计算轮胎各节点振动位移。

29、进一步地，前述的步骤s4包括如下子步骤：

30、s401、提取预设精度的轮胎面网格构成轮胎边界元，

31、s402、在轮胎面网格上绘制场点平面，并选择监测点；

32、s403、将步骤s3得到的轮胎各节点振动位移作为边界条件，进行声学响应计算，并输出声压级时域响应函数，获得轮胎通过桥面及梳齿板伸缩缝时的声源。

33、进一步地，前述的步骤s5中，包括如下子步骤：

34、501、将在桥面行驶的汽车的四个轮胎设置为四个相同的声源；根据声能叠加原理，四个轮胎声压级叠加后的总声压级为：

35、

36、其中，lp为总声压级，单位是db(a)；

37、lp1为声源1的声压级，单位为：db(a)；

38、lp2为声源2的声压级，单位为：db(a)；

39、lp3为声源3的声压级，单位为：db(a)；

40、lp4为声源4的声压级，单位为：db(a)；

41、将四个轮胎视为四个相同的声源，即lp1＝lp2＝lp3＝lp4，则总声压级如下式：

42、lp＝lp1+10lg4≈lp1+6；

43、s502、将同时经过伸缩缝的汽车的两个轮胎视为两个相同的声源，其余在桥面上行驶的两个轮胎视为相同的声源，则四个轮胎声压级叠加后的总声压级如下式，即声源叠加后的结果：

44、

45、s503、比较声源叠加后的结果与已知预设结果的差值是否小于预设差值，是则输出声源叠加后的结果；否则返回执行步骤s2。

46、进一步地，前述的步骤s101中，所述建立轮胎模型并绘制其网格，然后生成有限元模型时，利用solidworks软件建立轮胎模型并在hypermesh软件中绘制网格，以inp格式将轮胎网格导入有限元软件abaqus中。

47、进一步地，前述的步骤s403具体为：在轮胎轮辋处增添单元使其封闭，导入到lmsvirtual.lab的acoustic transient bem模块中，并在此模块绘制场点平面，按需选择监测点，将得到的轮胎位移振动响应作为边界条件，进行声学响应计算，输出声压级时域响应函数，获得轮胎通过桥面及梳齿板伸缩缝时的声源。

48、进一步地，前述的步骤s5中，所述预设差值为10％。

49、相较于现有技术，本发明的有益效果如下：本发明采用有限元方法，模拟轮胎通过伸缩缝的振动位移特性；采用边界元方法，模拟轮胎通过桥面及伸缩缝的噪声特性，可以快速得到梳齿板式伸缩缝在轮胎冲击作用下的振动噪声，可以用于伸缩缝设计前期噪声水平预测，便于优化降噪伸缩缝的设计。