变节距花纹轮胎的流体动力学研究

摘要

随着经济的快速发展，人们生活水平不断提高，带动了汽车行业的迅猛发展，随之而来的还有汽车噪声这一问题。轮胎噪声是汽车噪声的重要组成部分，在其它噪声得到控制的同时，轮胎噪声变得越来越突出，尤其是在车辆高速行驶和匀速行驶时，轮胎噪声所占比例高达80％。轮胎噪声严重影响着人们的身心健康和工作效率，于此同时，欧盟所出台的2009/1222/EC欧盟轮胎标签法规严重制约着我国轮胎的出口数量，影响着经济的发展，因此怎样降低轮胎所带来的噪声成为一个重要的问题。
　　等节距花纹轮胎在转动的过程中会对空气产生扰动，花纹节距的循环出现会使噪声频率有规律在某些峰值处进行叠加，从而使噪声变大，因此本文研究了变节距花纹轮胎对噪声的影响。首先，在花纹节距B的基础上对花纹节距进行了设计，新设计的两种节距花纹与原节距花纹以不同的组合形式进行排列，设计了四种变节距花纹轮胎的花纹组合。
　　本文所研究的变节距花纹轮胎的流体动力学是轮胎被压在转鼓上，并随着转鼓一起旋转的过程。由于轮胎被压在转鼓上进行旋转时产生了变形，在与转鼓接触附近的变形较复杂，直接用FLUENT来进行流场的数值计算较困难，所以在参考前人工作方法的基础上，采取了先对轮胎进行有限元分析，再提取轮胎变形后外表面节点的位置信息和速度信息进行流场数值计算。为了研究变节距花纹轮胎对流场的影响建立了四个变节距花纹轮胎的有限元模型，同时建立了一个等节距花纹轮胎用于计算结果的对比与分析。轮胎模型的建立都采用了花纹块与轮胎主体分别建模再组合的方式。
　　有限元结果提取出的是轮胎所有节点的位移信息及速度信息，所以编写了C语言程序对信息进行了提取与整合得到了轮胎外表面所有节点的位置信息和速度信息。提取信息的进一步使用是通过对GAMBIT以及FLUENT的二次开发实现的。通过二次开发，可以完全实现流场数值计算的自动化，提高了计算效率。同时也可根据需要单独选择计算内容，检验计算过程的正确性。
　　本文通过以上方法完成了对四种变节距花纹轮胎以及等节距花纹轮胎的流场数值计算，对计算结果分析得出了变节距花纹轮胎在降低花纹噪声方面的作用，变节距花纹轮胎的周围空气压力明显小于等节距花纹轮胎的周围空气压力，与理论经验进行对比验证了该研究方法的合理性以及准确性，从而可以为变节距花纹轮胎在降低噪声方面提供参考。

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第一章 绪论

1.1 课题研究的背景

1.2国内外研究现状

1.3软件介绍

1.4本文工作及方法

第二章 变节距轮胎花纹节距的设计

2.1轮胎花纹的分类

2.2轮胎花纹设计

2.3本章小结

第三章 变节距花纹轮胎的有限元分析

3.1轮胎的基本结构

3.2 变节距花纹轮胎的花纹块建模

3.3 变节距花纹轮胎的主体建模

3.4完整变节距花纹轮胎的建立

3.5 变节距花纹轮胎的有限元分析

3.6 本章小结

第四章 流场数学建模及数值计算方法

4.1 流体力学基础知识

4.2 数值计算方法

4.3 本章小结

第五章 变节距花纹轮胎的流场数值模拟

5.1 轮胎表面数据的选择

5.2 流场区域的建立

5.3 边界条件及初始条件的设置

5.4数值模拟结果及分析

5.5本章小结

第六章 总结与展望

6.1总结

6.2展望

参考文献

附录

攻读硕士学位期间发表论文

致谢