非充气轮胎轮辐气动噪声特性及降噪方法研究

摘要

轮胎噪声是车辆高速行驶时重要的噪声源之一。非充气轮胎是一种新兴的轮胎设计形式，当车速较高时，其开放式轮辐腔体会产生较大的气动噪声。针对非充气轮胎气动噪声的成因以及降噪方法的研究具有重要理论意义和工程应用价值。 本文以某款非充气轮胎原型为研究对象，建立了该轮胎的三维有限元分析模型及其周围空气域的流场模型，运用有限元软件Abaqus分析了该轮胎受垂向载荷时的接地变形情况，作为改进轮胎结构设计的力学性能参考标准。运用计算流体力学（CFD）仿真方法，分析了非充气轮胎滚动时周围空气的流动情况。通过对比本文与国内外相关研究的流场仿真结果，验证了CFD仿真模型的有效性。基于 CFD 计算的流场结果，提取了轮胎的空气阻力和阻力矩，并利用 Ffowcs Williams-Hawkings 方程预测远场的轮胎噪声声压级，以评价非充气轮胎的气动噪声水平。 非充气轮胎轮辐的布置形式及其表面结构对轮胎的气动噪声具有较大影响。本文分析了非充气轮胎轮辐表面不同部位对气动噪声声压级的贡献，确定了主要声源的位置，从涡声理论的角度分析了非充气轮胎气动噪声的成因，并提出了两种降低非充气轮胎气动噪声的结构设计方法：将轮辐横向分段，以及通过模仿鸮羽毛中带有静音特性的条纹结构，在非充气轮胎的轮辐表面添加非光滑结构单元，以降低非充气轮胎的气动噪声。 通过对比采用不同轮辐降噪结构的非充气轮胎气动噪声结果发现：在合适的结构参数下，轮辐横向分段的非充气轮胎以及带有非光滑表面结构的非充气轮胎，噪声声压级均显著低于原始结构轮胎。同时，改进后轮胎的力学性能较原始结构轮胎没有明显下降，验证了本文提出的两种非充气轮胎轮辐降噪方法的有效性。

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