[发明专利]基于流固耦合的高速铁路轮轨区域振动及噪声分析方法

权利要求书

1.一种基于流固耦合的高速铁路轮轨区域振动及噪声分析方法，其特征在于，包括：

根据高速铁路的车轮、钢轨、轮轨的振动导纳和联合粗糙度计算出轮轨相互作用力，根据所述轮轨相互作用力基于流固耦合构建车轮—轨道振动噪声联合预测模型，利用所述车轮—轨道振动噪声联合预测模型预测得到车轮、钢轨、轨道板的振动噪声；

构建轮轨区域流场的流体域模型，利用所述流体域模型得到流场内的空气动压力，根据所述空气动压力仿真得到轮轨区域的空气气动噪声；

根据所述车轮、钢轨、轨道板的振动噪声和轮轨区域的空气气动噪声，基于流固耦合理论对轮轨区域的近场噪声和远场噪声进行声源贡献分析；所述的根据所述空气动压力仿真得到轮轨区域的空气气动噪声，包括：

构建气动噪声的空气域预测模型，将频域下的流场内的空气动压力导入所述气动噪声的空气域预测模型，仿真得到轮轨区域的空气气动噪声；

所述气动噪声的空气域预测模型的构建包括：选择湍流模型，流体材料默认选择空气，在之前设置的进口、出口、底部、上部、边界选择相应的流动面并进行了网格的划分，其中进口边界条件类型选择速度进口，速度依照实际行车速度进行选取，出口边类型选择压力出口，在建模的对称面上，在其类型选择设置为对称边界，而其他面上的边界条件类型均设置为流体不可通过的边界面，设置完毕后选择基于压力法的压力修正算法进行求解，计算步长根据最高分析频率倒数的1/2进行选取，计算结束后得到流场内的空气动压力下的时域结果；

将所述空气动压力下的时域结果通过FFT变换得到频域下的流场内的空气动压；

空气域中各点i的频域下的气动压力p_i与各点的气动噪声N_i间的相互关系如下式：

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述车轮、钢轨和轮轨的振动导纳的计算方法包括：

通过分别在钢轨及车轮上的某一点j点施加作用力F_j，利用谐响应分析法计算车轮及钢轨在加载点处的位移响应D_j，则车轮及钢轨加载点处的振动导纳分别通过下式进行计算：

轮轨接触导纳α_contact轮轨接触刚度K_contact的倒数，即：

α_contact＝1/K_contact (3)。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述车轮—轨道振动噪声联合预测模型采用有限元分析软件选择无砟轨道进行建模，钢轨采用三维实体单元模拟，扣件系统采用弹簧阻尼单元模拟，轨道板采用三维实体单元模拟，所述车轮—轨道振动噪声联合预测模型中包含一根钢轨和半块轨道板，并且通过在轨道板中间部位施加对称约束以及在下部轨道板结构结点进行全约束来模拟边界条件。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述的构建轮轨区域流场的流体域模型，包括：

在混凝土底座以下基础上的一端的对称面的最下方轴上建立半径4.25m的流体域模型，运用布尔运算将流体域内的车轮体、钢轨、轨道板、底座和底座下基础全部舍去，只留下纯流体域模型，将流体域模型的外表面导出并进行网格划分，将外表面网格划分为进口面、出口面、对称侧面、顶面和底面，所述进口面、出口面、对称侧面的最小网格尺寸为0.01m，网格类型取三角，所述顶面和底面的最小网格尺寸为0.5m，网格类型取三角，钢轨、车轮的空气接触面的网格划分的最小网格尺寸为0.01m，网格类型取三角，基于所述流体域模型的外表面的网格划分和钢轨、车轮的空气接触面的网格划分进行3D体网格的划分。