不同工况和结构参数对轮胎振动噪声影响的数值分析

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1、第一章绪论律。这些经验规律仍不能满足轮胎整体噪声的需要，特别是对低频部分占主要地位的轮胎振动噪声研究不足。在最近的十多年里，得益于非线性有限元理论和计算机软硬件的进一步发展，轮胎结构有限元分析的求解精度和计算效率不断提高，研究内容也日趋多样：从结构分析到稳态温度场、损耗计算、振动特性、噪声和侧倾侧偏特性等【5一。应用有限元等数值分析可以减少、甚至取代部分的轮胎试验，为轮胎的设计开发和改进提供科学的理论依据，使其摆脱经验的束缚，提高研发效率。1992年，Nakajima[81将有限元和边界元法联合应用于轮胎振动噪声的

2、计算，利用振型叠加法求解轮胎的振动响应，利用边界元计算声压和声强。在计算声场时，仅考虑了胎侧区的振动响应，认为胎侧的振动响应对轮胎噪声的贡献最大。然而该文对于如何确定轮胎滚动过程中所受的激励并未给出明确的交代。文献【91提供了一种计算滚动轮胎振动响应的方法，以此作为声学计算的输入边界条件。假设系统为线性，则胎侧的振动位移置砌删@)和输入激励‰细)满足下列关系：五删(缈)=玩(缈)只岫(缈)(1．1)或@)为复频响应矩阵，利用其逆矩阵，则有：．?k(co)=H-ias(彩)k础(彩)(1．2)同理，轮胎的形变和激励满

3、足：乙@)=也∞)‰@)(1．3)由(1．1)、(1．2)、(1．3)N得：Xc．ontaa(co)=玩(co)H-l,。@)k∞)(1．4)通过静态轮胎激振实验，可以得N(1．2)和(1．3)dP的复频响应函数，只要测得滚动轮胎的胎侧振动响应，利用(1．4)式便可以得到轮胎的整体响应。文中也提及了与静止轮胎相比，滚动轮胎的动态特性会发生变化，其中之一就是轮胎的固有频率会降低。1997年，Lee，J．J．等将统计能量法(SEA)引入了轮胎振动的研究中，得到的接地区的原点导纳和实验结果吻合较好【101。如果能够确定必

4、要的传递函数、2第一章绪论轮胎中结构波的传播特性和消散因子等参数，就可以分析轮胎的振动和噪声特性。统计能量法能够用于很广的频率范围(n-I以高达5000Hz以上)，可以补充有限元和边界元分析高频段的不足。但由于相应参数确定的困难，目前还未有文献报导将统计能量法真正用于轮胎振动噪声的分析研究中。意大利Pirelli公司使用ABAQUS／Explicit对滚动轮胎进行了30ms的动态特性分析，LMS公司开发出特殊的接口将得到的轮胎表面加速度数据映射到“静态”声学辐射表面，利用有限元和无限元相结合的方法进行声学分析，可以

5、在轮胎滚动过程中每隔一定时间就预测一次噪声辐射。但该方法只能给出噪声的时域响应。采用频域分析能够分辨出噪声中不同频率信号的来源，更便于研究噪声的变化规律。张涛等11l】建立了一个在频域上计算轮胎振动噪声的方法：即利用ABAQUS模拟轮胎在路面上的滚动，提取轮胎表面节点的速度，并采用编写的相应程序进行适当的预处理和离散傅立叶变换，作为声学计算的边界条件，最后利用SYSNOISE软件中的边界元模块计算噪声。利用该方法，张涛等对215／55R16型轮胎进行了振动噪声分析，初步得到了该轮胎振动噪声的的频域特征。但文中工作也

6、存在着较大的不足，首先是计算中使用的网格周向划分较为粗糙，无法分析较高频域范围内的轮胎振动噪声(只能考虑200Hz以下的振动噪声)：计算中轮胎与地面之间存在的相对滑动摩擦导致接地区附近存在随时间变化的水平位移，从而使有限元与边界元模型中节点位置发生较大偏差，影响噪声计算的精确度；没有考察不同工况和结构参数对振动噪声的影响。还有一点需要指出的是，文【ll】中也没有对该频域分析方法的可靠性进行较充分的考评。§1．3本文的主要工作本文以215／55R16型轮胎为原型，对轮胎振动噪声有限元与边界元的频域分析方法进行了完善，

7、并考察了不同工况和结构参数对轮胎振动噪声的影响，定性地得出了轮胎振动噪声的变化规律。第一章为绪论。第二章基于215／55R16型轮胎，建立了用于瞬态滚动分析的简化有限元及和边界元模型，完善了在频域上计算轮胎振动噪声的方法，并确定了该方法适用的3第一章绪论振动噪声频率范围。通过对滚动轮胎模态分析的结果与轮胎表面振速分布对比证实了该计算方法的可靠性，并以此为基础分析了轮胎振动噪声的频域特征。第三章考察了不同速度、载荷、充气压力等工况对轮胎振动噪声频率及空间分布特性的影响，同时分析了帘线角度、胎面厚度和纵向花纹等结构参数

8、的改变对轮胎振动噪声的影响。第四章对全文工作进行了总结和展望。4第二章轮胎振动噪声数值计算方法的改进和有效性分析本章基于215／55R16型轮胎，建立用于瞬态滚动分析的简化有限元及和边界元模型，完善在频域上计算轮胎振动噪声的方法，确定该方法适用的振动噪声频率范围，并将滚动轮胎模态分析的结果与轮胎表面振速分布进行对比来证实该计算方法的可靠性。§2．1轮胎有限元