基于半無限元法的發(fā)動機階次仿真方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及發(fā)動機【技術領域】，具體涉及一種仿真方法?；诎霟o限元法的發(fā)動機階次仿真方法，包括如下步驟：1）瞬態(tài)的發(fā)動機run-up從怠速到發(fā)動機最大轉速；2）在發(fā)動機艙內放置吸聲和隔聲材料用以隔離其他的噪聲源；3）把試驗待測直管和增壓器入口直接相連；4）在直管的進氣口100mm/0度的地方放置測量麥克風用以和仿真結果對比；5）在直管的增壓器端放置壓力傳感器以得到聲壓激勵用于半無限元的聲學仿真計算。由于采用上述技術方案，本發(fā)明對發(fā)動機進氣系統(tǒng)的進氣口噪聲進行相對精確的仿真，為空氣濾清器的開發(fā)控制提供較為可靠的依據(jù)。
【專利說明】基于半無限元法的發(fā)動機階次仿真方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及發(fā)動機【技術領域】，具體涉及一種仿真方法。
【背景技術】
[0002]發(fā)動機的進氣系統(tǒng)通?？梢蕴峁┤缦鹿δ?為發(fā)動機提供新鮮干凈的空氣；分離來自進氣口的水或雪；空氣流量計的安裝；提供壓力差用以曲軸箱的通風；降低來自發(fā)動機燃燒的噪聲。
[0003]如果空氣濾清器的設計不合理，那么發(fā)動機的噪聲通過空氣濾清器傳至環(huán)境，影響發(fā)動機的舒適性以及通過噪聲。隨著用戶對開車舒適性的要求越來越高，發(fā)動機進氣口噪聲的模擬也就越來越重要了。
[0004]現(xiàn)有的聲學技術中，對進氣口噪聲相對精確地模擬較為粗糙，主要的原因是從聲學激勵到進氣口測量點的聲學傳遞函數(shù)的獲取沒有相對精確的方法。

【發(fā)明內容】

[0005]本發(fā)明的目的在于，提供一種基于半無限元法配合聲學邊界元的發(fā)動機進氣口噪聲的階次仿真方法，解決以上技術問題。
[0006]本發(fā)明所解決的技術問題可以采用以下技術方案來驗證:
[0007]基于半無限元法的發(fā)動機階次仿真方法，包括如下步驟:
[0008]I)瞬態(tài)的發(fā)動機run-up從怠速到發(fā)動機最大轉速；
[0009]2)在發(fā)動機艙內放置吸聲和隔聲材料用以隔尚其他的噪聲源；
[0010]3 )把試驗待測直管和增壓器入口直接相連；
[0011]4)在直管的進氣口 100_/0度的地方放置測量麥克風用以和仿真結果對比；
[0012]5)在直管的增壓器端放置壓力傳感器以得到聲壓激勵用于半無限元的聲學仿真計算;
[0013]6)在三維聲學仿真模型中，在增壓器端放置聲壓激勵，得到該直管進氣口端面的聲速度，基于此聲速度，采用邊界元的方法來算出測量點100_/0度處的聲壓值，用該聲壓值除以激勵端的聲壓就得到的從激勵端到測量點的聲學傳遞函數(shù)，該傳遞函數(shù)直接和步驟
5)中得到的激勵相乘就得到了測量點在頻率域的聲壓響應；再對該響應結合發(fā)動機轉速進行階次分析就可得到測量點的進氣口噪聲的階次圖。
[0014]步驟6)中，也可以采用有限元法直接進行聲學傳遞函數(shù)的計算:在直管的進氣口處放一個直徑為進氣口直徑6-8倍的半球，球面聲壓的壓力定義為O用以模擬無限大空間。其理論基礎是sommerfeld福射條件(聲學的熄滅原理,也即無窮遠處無反射波)。
[0015]步驟6)中，優(yōu)選采用半無限元法配合邊界元方法關于聲學傳遞函數(shù)計算方法:在直管的進氣口處放一個直徑為進氣口直徑6-8倍的球，球面定義為RBCBT單元。該單元的特性是必須覆蓋在球面上面，其理論基礎是聲在球面繼續(xù)向外輻射沒有反射波，而只有前行波。有限元方法的缺點在于，在空濾的聲學固有頻率附近，進氣口的聲學響應為擴大了 ；由于半球模態(tài)的影響，導致在中頻段(500-1000HZ)計算的結果不可靠。本發(fā)明優(yōu)選采用半無限元配合邊界元法進行聲場測量點的計算，避免了添加的人工半球的聲學固有模態(tài)的影響。
[0016]步驟4)中，在直管的進氣口端檢測聲壓信號，對進氣口端的聲壓信號進行階次跟蹤分析，用于和步驟6)中的仿真結果進行比較。
[0017]對步驟6)中增壓器端放置的壓力傳感器檢測到的壓力信號，做傅立葉變化用于仿
真計算。
[0018]本發(fā)明采用上述方法，得到半無限元法結合邊界元方法計算出來的進氣口噪聲的聲壓級給出了相對比較精確的對比結果；半無限元法計算出來的發(fā)動機二階給出了相對較差的對比結果，原因如下兩點:1)，流動也能降低噪聲輻射，而在計算中并沒有考慮；2)，傳統(tǒng)方法由于人工半球的影響，放大了進氣口低頻噪聲，這樣就抬高了進氣二階噪聲。有限元法方法所的發(fā)動機高階次分析給出了比較差的對比結果。
[0019]有益效果:由于本發(fā)明采用上述技術方案，對發(fā)動機進氣系統(tǒng)的進氣口噪聲進行相對精確的仿真，為發(fā)動機的進氣噪聲的控制以及空氣濾清器的開發(fā)提供了相對可靠的依據(jù)；
【專利附圖】

【附圖說明】
[0020]圖1為本發(fā)明兩種仿真方法得到的聲學傳遞函數(shù)的結果對比圖；
[0021]圖2為本發(fā)明采用半無限元法與實驗結果基于坎貝爾圖的結果比較圖；
[0022]圖3為本發(fā)明采用有限元法與實驗結果基于坎貝爾圖的結果比較圖；
[0023]圖4為本發(fā)明發(fā)動機階次的半無限元法與實驗結果的對比圖；
[0024]圖5為本發(fā)明發(fā)動機階次的有限元法與實驗結果的對比圖。
【具體實施方式】
[0025]為了使本發(fā)明實現(xiàn)的技術手段、創(chuàng)作特征、達成目的與功效易于明白了解，下面結合具體圖示進一步闡述本發(fā)明。
[0026]基于半無限元法的發(fā)動機階次仿真方法，包括如下步驟:1)瞬態(tài)的發(fā)動機run-up從怠速到發(fā)動機最大轉速。2)在發(fā)動機艙內放置吸聲和隔聲材料用以隔離其他的噪聲源。
3)把試驗待測直管和增壓器入口直接相連。4)在直管的進氣口 100_/0度的地方放置測量麥克風用以和仿真結果對比。5)在直管的增壓器端放置壓力傳感器以得到聲壓激勵用于半無限元的聲學仿真計算。6)在三維聲學仿真模型中，在增壓器端放置聲壓激勵，得到該直管進氣口端面的聲速度，基于此聲速度，采用邊界元的方法來算出測量點100_/0度處的聲壓值，用該聲壓值除以激勵端的聲壓就得到的從激勵端到測量點的聲學傳遞函數(shù)，該傳遞函數(shù)直接和步驟5)中得到的激勵相乘就得到了測量點在頻率域的聲壓響應。再對該響應結合發(fā)動機轉速進行階次分析就可得到測量點的進氣口噪聲的階次圖。
[0027]本發(fā)明采用上述方法，通過麥克風檢測試驗結果，通過壓力傳感器檢測結果，然后將仿真計算的結果與麥克風的試驗結果進行比較，得到最佳的仿真方法。
[0028]步驟6)中，可以采用有限元法關于聲學傳遞函數(shù)的計算:在直管的進氣口處放一個直徑為進氣口直徑6-8倍的半球，球面聲壓的壓力定義為O用以模擬無限大空間。其理論基礎是sommerfeld福射條件(聲學的熄滅原理,也即無窮遠處無反射波)。
[0029]步驟6)中，優(yōu)選采用半無限元法關于聲學傳遞函數(shù)計算方法:在直管的進氣口處放一個直徑為進氣口直徑6-8倍的球，球面定義為RBCBT單元。該單元的特性是必須覆蓋在球面上面，其理論基礎是聲在球面繼續(xù)向外輻射沒有反射波，而只有前行波。有限元方法的缺點在于，在空濾的聲學固有頻率附近，進氣口的聲學響應為擴大了 ；由于半球模態(tài)的影響，導致在中頻段(500-1000HZ)計算的結果不可靠。本發(fā)明優(yōu)選采用半無限元法，避免了添加的人工半球的聲學固有模態(tài)的影響。
[0030]步驟4)中，在直管的進氣口端檢測聲壓信號，對進氣口端的聲壓信號進行階次跟蹤分析，用于和步驟6)中的仿真結果進行比較。
[0031]對步驟6)中增壓器端放置的壓力傳感器檢測到的壓力信號，做傅立葉變化用于仿
真計算。
[0032]本發(fā)明采用上述方法，得到半無限元法計算出來的進氣口噪聲的聲壓級給出了相對比較精確的對比結果；半無限元法計算出來的發(fā)動機二階給出了相對較差的對比結果，這是因為流動也能降低噪聲輻射，而在計算中并沒有考慮；有限元法方法所的發(fā)動機階次給出了比較差的對比結果；有限元法方法所計算的發(fā)動機二階相對較高；有限元法方法所計算出來的模態(tài)影響到了計算的精度。
[0033]參照圖1，采用有限元法關于聲學傳遞函數(shù)與采用半無限元法關于聲學傳遞函數(shù)相對比，采用半無限元法，避免了聲學固有模態(tài)的影響。
[0034]參照圖2，采用半無限元法與實驗結果，基于坎貝爾圖的結果比較中，仿真方法與實驗結果相近。
[0035]參照圖4，基于發(fā)動機階次的半無限元仿真和實驗結果相比，發(fā)動機二階給出了相對較差的對比結果，這是因為流動也能降低噪聲輻射，而在仿真實驗中并沒有考慮。
[0036]參照圖3，采用有限元法與實驗結果，基于坎貝爾圖的結果比較中，仿真方法由于人工半球和直管的聲學模態(tài)導致了技術結果偏差較大。
[0037]參照圖5，基于發(fā)動機階次的有限元仿真和實驗結果相比，有限元法方法所的的overall聲壓級所的到的結果不錯，可是這個只是一個巧合，因為該方法所計算的發(fā)動機二階相對較高。
[0038]以上顯示和描述了本發(fā)明的基本原理和主要特征和本發(fā)明的優(yōu)點。本行業(yè)的技術人員應該了解，本發(fā)明不受上述實施例的限制，上述實施例和說明書中描述的只是說明本發(fā)明的原理，在不脫離本發(fā)明精神和范圍的前提下，本發(fā)明還會有各種變化和改進，這些變化和改進都落入要求保護的本發(fā)明范圍內。本發(fā)明要求保護范圍由所附的權利要求書及其等效物界定。
【權利要求】
1.基于半無限元法的發(fā)動機階次仿真方法，包括如下步驟: 1)瞬態(tài)的發(fā)動機run-up從怠速到發(fā)動機最大轉速； 2)在發(fā)動機艙內放置吸聲和隔聲材料用以隔離其他的噪聲源； 3)把試驗待測直管和增壓器入口直接相連； 4)在直管的進氣口100_/0度的地方放置測量麥克風用以和仿真結果對比； 5)在直管的增壓器端放置壓力傳感器以得到聲壓激勵用于半無限元的聲學仿真計算； 6)在三維聲學仿真模型中，在增壓器端放置聲壓激勵，得到該直管進氣口端面的聲速度，基于此聲速度，采用邊界元的方法來算出測量點100_/0度處的聲壓值，用該聲壓值除以激勵端的聲壓就得到的從激勵端到測量點的聲學傳遞函數(shù)，該傳遞函數(shù)直接和步驟5)中得到的激勵相乘就得到了測量點在頻率域的聲壓響應；再對該響應結合發(fā)動機轉速進行階次分析就得到測量點的進氣口噪聲的階次圖。
2.根據(jù)權利要求1所述的基于半無限元法的發(fā)動機階次仿真方法，其特征在于:步驟6)中，采用有限元法關于聲學傳遞函數(shù)的計算:在直管的進氣口處放一個直徑為進氣口直徑6-8倍的半球，球面聲壓的壓力定義為O用以模擬無限大空間。
3.根據(jù)權利要求1所述的基于半無限元法的發(fā)動機階次仿真方法，其特征在于:步驟6)中，采用半無限元法關于聲學傳遞函數(shù)計算方法:在直管的進氣口處放一個直徑為進氣口直徑6-8倍的球，球面定義為RBCBT單元。
4.根據(jù)權利要求1、2或3所述的基于半無限元法的發(fā)動機階次仿真方法，其特征在于:步驟4)中，在直管的進氣口端檢測聲壓信號，對進氣口端的聲壓信號進行階次跟蹤分析，用于和步驟6)中的仿真結果進行比較。
5.根據(jù)權利要求1、2或3所述的基于半無限元法的發(fā)動機階次仿真方法，其特征在于:對步驟6)中增壓器端放置的壓力傳感器檢測到的壓力信號，做傅立葉變化用于仿真計算。
【文檔編號】G06F17/50GK103577619SQ201210271460
【公開日】2014年2月12日 申請日期:2012年8月1日 優(yōu)先權日:2012年8月1日
【發(fā)明者】王豪 申請人:馬勒技術投資(中國）有限公司