轮胎振动模态分析及噪声控制

kaola1992

现代社会日益增长的交通噪声成为主要的环境问题。轮胎噪声是其中最突出的噪声源之一。轮胎噪声包括两部分，一是辐射影响车外环境的直接噪声，二是通过悬架和支架传递到车内的间接噪声；前者对城市环境造成污染，后者影响车内环境。研究表明，车内的低频振动和噪声会影响驾驶安全和乘坐舒适性。因此研究和控制轮胎噪声，对于改善城市环境和汽车NVH（noise, vibration, harshness）优化，都具有十分重要的意义。轮胎噪声的产生机理非常复杂，轮胎振动和空腔内空气的耦合作用，引起轮胎空腔内声压变化，对车轴产生很大的作用力。以此为出发点，首先建立了一种考虑声腔共振的圆柱壳模型，利用该解析模型研究轮胎的振动特性，特别是低阶的模态和固有频率，考虑声振耦合推导得到了对车内噪声贡献量显著的第一阶声腔共振模态的振型和频率；其次，利用数值计算方法建立轮胎结构的有限元模型并对其进行模态分析，计算了外载荷作用下的稳态频率响应，与现有结果做了对比；第三，根据声振耦合理论，建立了空腔的声学有限元模型，计算了在轮胎振动激励下的声场声压分布，得到了场点声压的频率响应曲线，进一步研究结构振动模态和空腔声学模态对空腔内声场的影响；最后，根据理论推导和仿真结果，提出了几种减振降噪的措施，通过对比选取了一种在空腔内添加吸声材料的方案，通过仿真验证了这是一种可行的方法。本文研究结果表明，在空腔内添加吸声材料可以抑制声腔共振效应，进而实现轮胎的振动噪声控制。