吸声材料对轮胎空腔噪声影响仿真

1.背景

轮胎空腔共振噪声表现的特征频率在200Hz附近，车辆以50-80km/h行驶于粗糙沥青戒接缝路面时，车内易产生“嗡嗡声”。

改善方法一：轮胎内部声腔改良，在轮胎内壁（胎肩/胎侧区域）粘贴环形多孔吸音结构（如聚氨酯泡沫、开孔橡胶），直接吸收 200Hz 左右的空气柱振动声波，降低共振幅度（吸音材料需耐温、耐老化，适配轮胎工作环境）。

改善方法二：基于动力吸振器改善200Hz 轮胎声腔共振，通过附加一个 “子振动系统”（由质量块、弹性元件、阻尼元件组成），从而主动吸收轮胎声腔与胎体耦合产生的振动能量，抵消主系统（轮胎）的共振响应。

图1 轮胎空腔共振

2.技术流程

本文主要讲解方法一的实现，粘贴环形多孔吸音结构改善声压。

2.1轮胎有限元模型充气+接触+加载轮荷（重启动）

基于abaqus首先完成2D建模仿真，并进行旋转生成3D仿真模型，用三个分析步完成充气、接触、加载

图2 加载

2.2稳态滚动分析（重启动）

稳态滚动分析，基于头文件编辑方式完成，abaqus CAE界面不支持，该过程需定义轮胎移动速度和转动角速度，同时监控轮胎所受转矩

图3 inp文件解读

2.3提取滚动条件下的轮胎模态（重启动）

基于稳态滚动进行轮胎实模态分析提取，在复模态计算时引入摩擦阻尼，求解复模态信息

以上完成轮胎结构模态参数提取（不包含声腔）

图4 三阶花瓣（实模态161.97Hz）

图5三阶花瓣（复模态162.23Hz）

2.4 simcenter 3D声学仿真模型搭建

输入：simcenter 3D支持的声腔有限元模型、吸声材料模型、空的轮胎模型、轮辋有限元模型。上述空的轮胎模型用模态结果表征；轮辋有限元模型主要考虑与声腔耦合部分并通过reb2单元进行钢化

图6 声学仿真模型

装配：建立装配有限元模型，完成上述输入模型装配，注意正确指定各自的求解类型

关键JCA模型多孔参数材料模型定义（关键参数）：

1)孔隙率

孔隙率是指多孔材料中孔所占体积与多孔材料的体积之比

2)流阻

流阻表示了多孔材料固相与气相之间的摩擦粘滞效应

3)曲率

曲率代表了多孔材料中孔间隙的直度

4)特征黏性长度

特征黏性长度表征流体与结构之间因黏性产生的能量传递

5)特征热效长度

多孔材料一般用特征热效长度和特征黏性长度来表征孔的大小

图7 JCA多孔材料模型

2.5 simcenter 3D前后处理

分析类型：直接法传函，在轮芯添加XYZ三向激励力，输出声腔关键点在1-301Hz声压响应

阻尼：设置模态阻尼0.04（针对实模态）、流体阻尼0.06

图8单位力作用下声腔点响应

3.使用软件

Abaqus 2020、simcenter 3D 2206