基于2.5维有限元-边界元法的高速列车型材结构传声损失预测方法技术

本发明专利技术公开了一种基于2.5维有限元

【技术实现步骤摘要】
基于2.5维有限元
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边界元法的高速列车型材结构传声损失预测方法


[0001]本专利技术涉及声学领域，特别是涉及一种基于2.5维有限元
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边界元法的高速列车型材结构传声损失预测方法。

技术介绍

[0002]一些学者采用统计能量分析(SEA)研究了高速列车型材结构高频振动和声学特性，经过50多年的发展，该理论被广泛应用到航天航空、船舶潜艇车辆以及动力系统等各种领域的声振环境预测上，取得了丰硕的成果。SEA方法的核心思想是忽略被研究系统的细节，对其随机参量进行时域、频域和空间统计，用统计参量来描述系统，并用能量这一独立、通用的参量将各种动力学系统联系在一起，SEA方法特别适用于广谱激励的复杂声振耦合系统的响应预测。然而，传统SEA模型需计算模态密度和耦合损耗因子，模型参数的计算量大且试验过程受外部影响因素较多，难以确保计算结果的准确度。
[0003]为建立高速列车型材结构高效且准确的声振预测模型，国内外学者使用有限元和边界元法对高速列车型材结构进行建模分析。但是，由于传统有限元
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边界元本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于2.5维有限元
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边界元法的高速列车型材结构传声损失预测方法，其特征在于，所述预测方法包括以下步骤：S1：利用2.5维固体有限元法，引入波导方向的高速列车型材结构波数，得到全局坐标系下拼装的刚度和质量矩阵公式；S2：利用2.5维流体边界元法，模拟声场与高速列车型材波导结构之间的耦合边界，得到离散边界元方程；S3：将刚度和质量矩阵公式与离散边界元方程进行耦合，得到流固耦合模型，预测混响场传声损失。2.根据权利要求1所述的基于2.5维有限元
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边界元法的高速列车型材结构传声损失预测方法，其特征在于，所述S1包括以下分步骤：S1
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1：建立高速列车型材结构模型；S1
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2：根据高速列车型材结构模型求解局部坐标系下的虚功原理方程，公式如下所示：其中，为局部坐标系下的单元刚度矩阵的多项式形式，m为局部坐标系下的质量矩阵，ω为频率，为8*1阶矩阵，上标～代表复数，上标
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代表向量；S1
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3：根据虚功原理方程得到局部坐标系下的单元刚度矩阵和质量矩阵，公式如下所示：示：其中，l为高速列车型材结构在y方向的长度，y为高速列车型材结构的坐标向量，ρ为高速列车型材结构密度，h为高速列车型材结构厚度，为6*8阶矩阵，H为3*8阶矩阵，D为2*2阶矩阵，上角标T代表矩阵的转置，上角标*代表复数的共轭；S1
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4：通过坐标变换将局部坐标系下的单元刚度矩阵和质量矩阵转化为全局坐标系下的单元刚度矩阵和质量矩阵，公式如下所示：K＝T
T
kTM＝T
T
mT其中，T为8*8阶单元坐标转换矩阵，k为局部坐标系下的单元刚度矩阵，m为局部坐标系下的质量矩阵，K为全局坐标系下的单元刚度矩阵，M为全局坐标系下的质量矩阵；将上述全局坐标系下的单元刚度矩阵和质量矩阵转换得到如下公式：其中，I代表的是4*4阶单位矩阵，U为全局坐标系下的节点位移向量，A1、A2及A4均为色
散系数矩阵，k表示沿x轴传播的弯曲波的波数；S1
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5：根据全局坐标系下的单元刚度矩阵和质量矩阵完成整体刚度矩阵和质量矩阵的拼装，并求解特征值，公式如下所示：解特征值，公式如下所示：其中，K
总
为拼装后的总体刚度矩阵，M
总
为拼装后的总体质量矩阵，R为关于I的4*3阶矩阵，K1和K2均为全局坐标系下不同节点的刚度矩阵，M1和M2均为全局坐标系下不同节点的质量矩阵。3.根据权利要求2所述的基于2.5维有限元
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边界元法的高速列车型材结构传声损失预测方法，其特征在于，所述S2包括以下分步骤：S2
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1：建立流体域模型；S2
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2：根据流体域模型推导哈密尔顿公式，公式如下所示：其中，δ代表一阶变分，U
f
代表流体系统的势能，T
f
代表流体系统的动能，δW
f,e
代表外部声源所做的虚功，δW
f,s
代表流固耦合界面处固体所做虚功，t代表谐波运动时间；S2
‑
3：化简哈密尔顿公式并求解格林函数，公式如下所示：哈密尔顿公式为：其中，ψ为流体速度式函数，ρ代表流体密度，V为流体体积，ω为角频率，k表示角频率与流速的比值，Q
i
为线声源，S为流体边界面积，n为指向流体域外部的单位法向量，上角标*代表复数的共轭，上角标H代表共轭转置，代表梯度，上标^代表频域内；将上式应用由格林公式扩展的高斯散度定理进行推论得出格林函数如下所示：其中，r为任意点坐标向量，r
i
为点源坐标...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨益，刘子屹，李桂豪，陶磊毅，
申请(专利权)人：西南交通大学，
类型：发明
国别省市：