轮胎泵吸噪声计算方法及其降噪的研究

摘要

轮胎噪声是评价轮胎性能的重要指标之一,相关的标准和法规要求也促使轮胎噪声研究和控制的发展。研究表明,当车速高于70km/h时,泵吸噪声成为轮胎噪声的主要噪声源。其复杂的物理过程和发声机理是非常棘手的问题,对此国内外轮胎研究者一直致力于泵吸噪声合理模型的建立及预测。
　　 以往的研究主要集中于将泵吸噪声简化为声极子源,并结合试验数据建立半经验数学模型。这种简化难以描述清楚泵吸噪声的形成过程和发声机理。结合轮胎在运动过程中花纹沟槽变形对空气的扰动,可以将泵吸噪声归类于气动噪声的范畴。本文以气动噪声分析为手段,针对205/50R16子午线轮胎,建立了具有横向花纹沟槽的有限元模型,利用Abaqus有限元软件,进行瞬态滚动分析,得到单个横沟的体积变化,将其导入流体软件:Fluent中,利用计算流体力学方法,分析泵吸过程中沟槽内部及其附近的流场变化情况,根据Lighthill声学类比理论预测出了泵吸噪声,结合试验从频率变化趋势的角度,验证了模型的正确性。该方法可以应用于不同花纹形式的泵吸噪声大小的对比,可以辅助轮胎低噪声花纹的设计。
　　 为了更进一步解释流场与声场之间的关系,本文基于涡声理论验证了流场涡量变化与噪声之间的关系,通过建立迎风、逆风走向的横向花纹沟槽CFD模型,分析泵吸过程中涡量变化特性及噪声大小,对比试验结果,确立了以引入外部来流干扰沟槽内部流场为手段的降噪思路。为了使轮胎其他性能不受影响,本文针对横向花纹沟槽建立了能够引入外部来流能量尺寸较小的旁支管结构,降低了流场中的涡量变化,实现了降低噪声的目的。利用外部来流扰动内部流场的手段,不仅可以减少对轮胎花纹几何上改变带来的其他性能的改变,同时其降噪的效果也十分明显,对于实际工程中降低轮胎泵吸噪声具有重要的意义。