基于新非自然平衡轮廓设计的载重子午线轮胎振动辐射噪声的研究[权威资料].doc

基于新非自然平衡轮廓设计的载重子午线轮胎振动辐射噪声的研究[权威资料]基于新非自然平衡轮廓设计的载重子午线轮胎振动辐射噪声的研究摘要:从轮胎结构设计角度出发,通过改善轮胎接地特性,降低滚动轮胎与路面接触过程中胎体的振动,提升轮胎的噪声性能。首先,采用任意拉格朗日ALE方法对轮胎进行稳态滚动分析,获取路面激励引起的轮胎瞬时动态响应,在此基础上,采用边界元方法预测了不同结构轮胎滚动时的振动辐射噪声。然后,考虑轮胎接地压力对胎面振动的影响,对接地压力分布与轮胎噪声性能间的关系进行了深入分析。结果表明,建立的新非自然平衡轮廓胎体结构可以改善轮胎与路面接触过程中的相互作用,使得接地面内压力分布更均匀,实现了轮胎振动辐射噪声性能的提升,。关键词:振动噪声;子午线轮胎;新非自然平衡轮廓设计;结构设计;接地压力分布TB533+.2;:A1004-4523(2015)05-0800-09引言轮胎噪声已成为交通噪声的主要污染源,当载重车辆行驶车速在60km/h以上时,轮胎噪声占整车噪声的70%以上。2012年开始实施的欧盟轮胎标签法以及中国即将出台的《绿色轮胎技术规范》均对轮胎噪声性能提出了明确的要求及实施期限。面对日益严苛的法规要求,研究低噪声轮胎设计的新技术迫在眉睫。然而,轮胎噪声的发声机理复杂,受多种因素影响,目前尚未有统一的设计思路来指导轮胎低噪声设计[1]。20世纪80年代以来,有限元和边界元方法开始应用于轮胎振动和噪声的研究,并通过大量试验证明了方法的有效性[29]。Nakajima将有限元、边界元法及模态分析相结合,计算了轮胎的振动噪声[2]。Brinkmeier采用动态分析法研究了轮胎滚动辐射噪声,分析了轮胎的非线性稳态滚动过程,考虑路面粗糙度引起的瞬时动态响应,并采用模态叠加法计算了滚动轮胎的辐射噪声[3]。Dubois采用平板和薄壳模型对轮胎进行模拟并预测了在路面激励作用下轮胎的低频振动噪声[4]。Lopez等建立了轮胎滚动过程中的动态模型,模拟了轮胎的低频振动特性,预测了轮胎滚动过程中的动态响应[5]。但以往研究大多针对轮胎的材料、气压、载荷等对振动噪声的影响,缺乏轮胎结构设计对振动噪声影响的研究。本文以295/,利用新非自然平衡轮廓设计对其胎体轮廓进行设计,改善轮胎与路面间的接触压力。利用有限元方法分析轮胎的稳态滚动,以滚动轮胎在路面激励作用下的表面节点振动位移为边界条件,结合边界元方法计算轮胎的振动辐射噪声。从轮胎接地压力分布、胎面振动方面,对现行设计与新非自然平衡轮廓设计轮胎的性能进行对比分析,为从轮胎结构设计角度提升轮胎振动辐射噪声性能提供指导。,该方法考虑了轮胎/路面接触过程的三维模型,对模拟轮胎路面相互作用产生的轮胎振动辐射噪声具有较高的计算精度[2]。所以,当计算求得结构表面S上节点的声压p(y)和振动速度vn(y),即可用上式求得空间域内任意空间点处的声压值p(x)。,合理的轮廓结构设计可以使接地压力分布接近理想状态,从而提升轮胎低频振动辐射噪声性能[10]。同时,轮胎胎体轮廓对轮胎的振动特性影响显著[11]。轮胎非自然平衡轮廓考虑轮胎动态特性,可改善胎体受力情况。在轮胎断面轮廓设计中,酒井秀男提出了压力分担率的概念,认为在胎冠及下胎侧部位,大部分的压力是由带束层和加强层来承担。Frank从网络理论角度对子午线轮胎断面形状进行了研究,认为在带束层压力分担率在带束层宽度区域内可近似地看成为常数,但未考虑到加强层的压力分担作用。文献[12]将两种非自然平衡轮廓理论相融合,提出了新的轮胎充气非自然平衡内轮廓的积分方程,该积分方程中认为在带束层宽度范围内带束层压力分担率为常数,同时考虑了加强层的压力分担作用,通过有限元分析得出该轮廓设计可有效抑制胎肩处的变形并改善接地压力分布,使接地印痕形状更合理的结论。本文利用上述新的轮胎充气非自然平衡内轮廓的积分方程,对295/,使轮胎胎体和胎肩部位受力分布更合理。其关键设计参数如图1所示,详细设计参数值如表1所示。根据表1中的关键设计参数,绘制该轮胎的新非自然平衡内轮廓曲线,并将其导入CAD中,根据轮胎设计标准进行轮胎的材料分布图设计,现行设计与新非自然平衡轮廓结构设计的材料分布图对比如图2所示。新非自然平衡轮廓设计的积分方程中,考虑了带束层对胎体层的压力分担作用,实现了胎面的平坦化,同时使得带束层端部和中部的应力差减小;考虑轮胎加强层在轮胎充气状态下对胎体压力分担的作用,使得轮