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基于胎/路纹理耦合的轮胎振动发声研究

常亮  
【摘要】:交通噪声是城市噪声的主要来源,交通噪声危害很大,成为城市四大公害之一。随着车辆发动机性能的改进和路面条件改善,车辆高速行驶时的轮胎噪声已成为一个主要的噪声源,如何降低轮胎噪声受到各国学者的关注。已有的研究结果表明:路面纹理和轮胎花纹对胎/路噪声都有显著影响。既然路面纹理和轮胎花纹对轮胎噪声都有影响,那么路面纹理和轮胎花纹的耦合关系,对轮胎噪声有无影响? 本文从路面纹理和轮胎花纹耦合的观点出发,阐述了路面纹理和轮胎花纹对胎/路噪声的影响,利用商业有限元软件ANSYS和边界元软件SYSNOISE对轮胎振动声场做了数值模拟,完成了轮胎与路面垂向接触压力的数值计算,并利用轮胎振动模型和边界元法计算声场的基本原理,建立了轮胎振动发声的数值计算模型。本文具体研究成果总结如下: (1)利用ANSYS有限元软件和SYSNOISE边界元软件,考虑了轮胎材料的非线性,几何非线性,胎/路接触非线性,通过对轮胎振动声场的数值模拟,印证了路面纹理与轮胎花纹的耦合对轮胎振动噪声有一定的影响; (2)通过数字灰度图像分形维数计算路面纹理和轮胎花纹的几何形貌,对路面纹理和轮胎花纹做了空间几何离散,将路面(或轮胎)样本划分成若干个相等的矩形单元,单元的高度用单元区域内采样点高度的均方根值表示,实现了路面纹理与轮胎花纹的耦合; (3)基于波的叠加原理,运用泊松定理,通过对无限长窄带的格林函数作傅里叶级数展开,空间傅氏变换,推导出轮胎圆环的格林函数; (4)在胎/路接触的数值模型中,将接触单元对之间的连接模拟为非线性弹簧,考虑了小尺度粗糙度对胎/路非线性接触的影响; (5)将轮胎模拟为弹性支承的预张力薄板模型,用格林函数法求解薄板的运动方程,结合边界元法计算声场的基本公式,建立了轮胎振动发声的数值计算模型,模型计算结果与以往的研究结果基本一致,可定性地比较不同轮胎在不同路面上行驶时,轮胎振动发声的大小。


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