充气轮胎空腔共振噪音消减装置的设计方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了充气轮胎空腔共振噪音消减装置的设计方法，建立以真实轮胎内部中间腔体为基础的有限元模型，以胎面为基准向胎内划分出一个矩形凹槽，凹槽的尺寸和位置与充气轮胎中噪音消减装置的尺寸和位置相同；将凹槽底面定义为有一定厚度和流阻率的多孔层阻抗边界，且该多孔层满足Delany‑Bazley多孔材料理论模型；计算不同尺寸和流阻率情况下有限元模型在150Hz‑250Hz频段内的声压级曲线的峰值，得到轮胎空腔声压级最大值与多孔材料尺寸及流阻率的关系，以此设计轮胎空腔共振噪音消减装置；在有效降低轮胎空腔共振噪声的同时，更加优化噪音消减装置的参数选择和设计。

Design Method of Cavity Resonance Noise Reduction Device for Pneumatic Tire

The invention discloses the design method of the air-filled tire cavity resonance noise reduction device, establishes a finite element model based on the real tire interior middle chamber, divides a rectangular groove into the tire according to the tread, and the size and position of the groove are the same as that of the air-filled tire cavity resonance noise reduction device; defines the bottom of the groove as having a certain thickness and flow resistance. The impedance boundary of the porous layer and the porous layer satisfy the Delany Bazley porous material theoretical model. The peak value of the sound pressure level curve of the finite element model in the frequency range of 150 Hz to 250 Hz under different sizes and flow resistance is calculated, and the relationship between the maximum sound pressure level of the tire cavity and the size and flow resistance of the porous material is obtained, so that the resonance noise reduction device of the tire cavity is designed. At the same time, the parameters selection and design of noise reduction device are optimized.

【技术实现步骤摘要】
充气轮胎空腔共振噪音消减装置的设计方法
本专利技术涉及充气轮胎，更具体地说是针对充气轮胎空腔共振噪音的消减装置的设计方法。
技术介绍
噪声是乘用车驾乘舒适性的重要指标，汽车在行驶过程中，充气轮胎与轮辋之间形成的空腔所产生的空腔共鸣音是汽车噪音的重要来源之一。轮胎空腔共振噪音的频率与轮胎的尺寸和规格有关，通常在150Hz～250Hz之间存在明显且尖锐的共振峰值，给车内的乘客带来不悦的感受。为了降低充气轮胎噪音，目前已有在轮胎空腔中配置吸音材料的相关技术方案，利用吸音材料的吸音效果降低轮胎空腔噪音；但是，吸声材料质量太大会影响车轮重量，增加油耗和成本，而质量太小则不能达到噪音消减的效果；现有技术中，针对减小吸音材料质量和降低噪音，如何能有效选择吸音材料的尺寸、以及材料特性参数等迄今未有公开报导。
技术实现思路
本专利技术是为避免上述现有技术所存在的不足，提供一种充气轮胎空腔共振噪音消减装置的设计方法，以期在有效降低轮胎空腔共振噪声的同时，更加优化噪音消减装置的参数选择和设计。本专利技术为解决技术问题采用如下技术方案：本专利技术充气轮胎空腔共振噪音消减装置的设计方法，所述轮胎空腔是由轮胎的胎面内表面与轮辋共同形成的呈环形的轮胎空腔，所述轮胎空腔共振噪音消减装置是安装在胎面内表面上的多孔材料层，所述多孔材料层沿轮胎周向整圈铺设，横断面呈矩形，矩形断面的多孔材料层的宽度为L，厚度为C；其特征是：所述充气轮胎空腔共振噪音消减装置设计方法按如下步骤进行：步骤1：将所述轮胎空腔的空腔三维模型导入有限元软件，形成空腔有限元模型，定义所述空腔有限元模型的材料为空气、空腔有限元模型中各表面均为硬声场边界，设定所述空腔有限元模型的内部压强；在所述空腔有限元模型的内圈曲面中心线的P点位置处施加激励，利用有限元软件计算获得环形轮胎空腔在150Hz-250Hz频段内P点位置处的声压级曲线S1，并提取声压级曲线S1中声压级最大值；步骤2：在所述轮胎空腔的空腔三维模型中，按所述共振噪音消减装置所占据的位置划分出一个环形凹槽，形成含多孔材料三维模型，所述环形凹槽在环形轮胎空腔的外圆周面上为敞口，所述环形凹槽的底面处在环形轮胎空腔的腔体内；环形凹槽的凹槽深度A1等于多孔材料层的材料厚度C，环形凹槽的凹槽宽度A2等于多孔材料层的材料宽度L；步骤3：将所述含多孔材料三维模型导入有限元软件，形成含多孔材料有限元模型，定义所述含多孔材料有限元模型的材料为空气，定义含多孔材料有限元模型中环形凹槽的凹槽底面为多孔层阻抗边界，定义所述多孔层阻抗边界的厚度等于凹槽深度A1；其余各表面均为硬声场边界；所述多孔层符合Delany-Bazley多孔材料理论模型；设定所述含多孔材料有限元模型的内部压强；步骤4：设定环形凹槽的凹槽深度A1和凹槽宽度A2，调整多孔层阻抗边界的流阻率A3；在含多孔材料有限元模型内圈曲面中心线的P点位置处施加激励，利用有限元软件计算获得环形轮胎空腔在150Hz-250Hz频段内P点位置处的的各不同流阻率所对应的声压级曲线S11，并提取各声压级曲线S31中声压级最大值，获得在设定的凹槽深度A1和凹槽宽度A2之下，流阻率A3与声压级最大值之间的关系曲线S32；步骤5：设定环形凹槽的凹槽深度A1和多孔层阻抗边界的流阻率A3，调整凹槽宽度A2，在含多孔材料有限元模型内圈曲面中心线的P点位置处施加激励，利用有限元软件计算获得环形轮胎空腔在150Hz-250Hz频段内P点位置处的的各不同宽度所对应的声压级曲线S21，并提取各声压级曲线S21中声压级最大值，获得在设定的凹槽深度A1和流阻率A3之下，凹槽宽度A2与声压级最大值之间的关系曲线S22；相应的方式获得在设定的凹槽宽度A2和流阻率A3之下，凹槽深度A1与声压级最大值之间的关系曲线S11。依据步骤4中所获得的流阻率A3与声压级最大值之间的关系曲线S32确定应用于所述噪音消减装置中的多孔材料层的流阻率；依据步骤1中所获得的声压级曲线S1中声压级最大值，以及步骤5中所获得的凹槽深度A1与声压级最大值之间的关系曲线S11确定应用于所述噪音消减装置中的多孔材料层的材料厚度C；依据步骤1中所获得的声压级曲线S1中声压级最大值，以及步骤5中所获得的凹槽宽度A2与声压级最大值之间的关系曲线S21确定应用于所述噪音消减装置中的多孔材料层的材料宽度。本专利技术充气轮胎空腔共振噪音消减装置的设计方法的特点也在于：所述应用于所述噪音消减装置中的多孔材料层的流阻率选择为不低于所述流阻率A3与声压级最大值之间的关系曲线S32中第一个波谷处流阻率的70％。本专利技术充气轮胎空腔共振噪音消减装置的设计方法的特点也在于：所述应用于所述噪音消减装置中的多孔材料层的材料厚度设置为选定的凹槽深度；所述选定的凹槽深度的声压级最大值相对于不含多孔材料的空腔有限元模型的声压级最大值的下降量不低于10dB。本专利技术充气轮胎空腔共振噪音消减装置的设计方法的特点也在于：所述应用于所述噪音消减装置中的多孔材料层的材料宽度设置为选定的凹槽宽度；所述选定的凹槽宽度的声压级最大值相对于不含多孔材料的空腔有限元模型的声压级最大值的下降量不低于10dB。本专利技术充气轮胎空腔共振噪音消减装置的设计方法的特点也在于：所述多孔材料层是以满足Delany-Bazley多孔材料理论模型的聚氨酯海绵为材质。与已有技术相比，本专利技术有益效果体现在：1、本专利技术方法为轮胎空腔共振噪音消减装置的安装提供具体的指导原则和理论，有利于实现最大化降低轮胎空腔噪音；实现在保证噪声消减的前提下节约材料成本，降低汽车燃油消耗，提高行驶稳定性。2、本专利技术方法通过获得轮胎空腔共振噪音与多孔材料流阻率的变化关系曲线，为噪音消减装置的设计提供了更加可靠的依据。附图说明图1为本专利技术中轮胎噪音消减装置结构示意图；图2为含多孔材料有限元模型的三维示意图；图3为含多孔材料有限元模型的二维剖面图；图4为无多孔材料有限元模型的三维示意图；图5为空腔共振消减装置紧密粘贴在轮胎内表面的剖面图；图6为本专利技术方法中环形凹槽宽度与对应宽度下声压级最大值的关系曲线；图7为本专利技术方法中环形凹槽深度与对应深度下声压级最大值的关系曲线；图8为本专利技术方法中多孔层阻抗边界流阻率与对应流阻率下声压级最大值的关系曲线；图9为充气轮胎有无加装噪音消减装置传递函数对比图；图中标号：1多孔材料层，2a轮辋，2b轮辐，3充气轮胎，4a胎面内表面，5胎侧部，6胎圈部，7帘布层，8带束层，9轮胎空腔，10凹槽底面，11含多孔材料有限元模型的空腔。具体实施方式参见图1，本实施例中充气轮胎是指由轮胎的胎面内表面4a与轮辋2a共同形成有轮胎空腔9的充气轮胎3；充气轮胎3装设在轮辋2a上，由轮辐2b支撑；充气轮胎3包括：胎面部4、处在左右两侧边的胎圈部6、将胎面部4与胎圈部6相连接的左右两侧部的胎侧部5，在左右胎圈部6之间在轮胎内部延伸有帘布层7，在胎面部4的帘布层外周侧设置有带束层8，以通过轮辋2a将充气轮胎3的空腔进行密闭的方式，将充气轮胎3安装在车轮上。参见图1和图5，本实施例中，轮胎空腔共振噪音消减装置是安装在胎面内表面4a上的多孔材料层1，多孔材料层1沿轮胎周向整圈铺设，横断面呈矩形，矩形断面的多孔材料层1的宽度为L，厚度为C；本实施例中充气轮胎空腔共振噪音消减本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种充气轮胎空腔共振噪音消减装置的设计方法，所述轮胎空腔是由轮胎的胎面内表面(4a)与轮辋(2a)共同形成的呈环形的轮胎空腔(9)，所述轮胎空腔共振噪音消减装置是安装在胎面内表面(4a)上的多孔材料层(1)，所述多孔材料层(1)沿轮胎周向整圈铺设，横断面呈矩形，矩形断面的多孔材料层(1)的宽度为L，厚度为C；其特征是：所述充气轮胎空腔共振噪音消减装置设计方法按如下步骤进行：步骤1：将所述轮胎空腔(9)的空腔三维模型导入有限元软件，形成空腔有限元模型，定义所述空腔有限元模型的材料为空气、空腔有限元模型中各表面均为硬声场边界，设定所述空腔有限元模型的内部压强；在所述空腔有限元模型的内圈曲面中心线的P点位置处施加激励，利用有限元软件计算获得环形轮胎空腔(9)在150Hz‑250Hz频段内P点位置处的声压级曲线S1，并提取声压级曲线S1中声压级最大值；步骤2：在所述轮胎空腔(9)的空腔三维模型中，按所述共振噪音消减装置所占据的位置划分出一个环形凹槽，形成含多孔材料三维模型，所述环形凹槽在环形轮胎空腔(9)的外圆周面上为敞口，所述环形凹槽的底面处在环形轮胎空腔(9)的腔体内；环形凹槽的凹槽深度A1等于多孔材料层(1)的材料厚度C，环形凹槽的凹槽宽度A2等于多孔材料层(1)的材料宽度L；步骤3：将所述含多孔材料三维模型导入有限元软件，形成含多孔材料有限元模型，定义所述含多孔材料有限元模型的材料为空气，定义含多孔材料有限元模型中环形凹槽的凹槽底面为多孔层阻抗边界，定义所述多孔层阻抗边界的厚度等于凹槽深度A1；其余各表面均为硬声场边界；所述多孔层符合Delany‑Bazley多孔材料理论模型；设定所述含多孔材料有限元模型的内部压强；步骤4：设定环形凹槽的凹槽深度A1和凹槽宽度A2，调整多孔层阻抗边界的流阻率A3；在含多孔材料有限元模型内圈曲面中心线的P点位置处施加激励，利用有限元软件计算获得环形轮胎空腔(9)在150Hz‑250Hz频段内P点位置处的的各不同流阻率所对应的声压级曲线S11，并提取各声压级曲线S31中声压级最大值，获得在设定的凹槽深度A1和凹槽宽度A2之下，流阻率A3与声压级最大值之间的关系曲线S32；步骤5：设定环形凹槽的凹槽深度A1和多孔层阻抗边界的流阻率A3，调整凹槽宽度A2，在含多孔材料有限元模型内圈曲面中心线的P点位置处施加激励，利用有限元软件计算获得环形轮胎空腔(9)在150Hz‑250Hz频段内P点位置处的的各不同宽度所对应的声压级曲线S21，并提取各声压级曲线S21中声压级最大值，获得在设定的凹槽深度A1和流阻率A3之下，凹槽宽度A2与声压级最大值之间的关系曲线S22；相应的方式获得在设定的凹槽宽度A2和流阻率A3之下，凹槽深度A1与声压级最大值之间的关系曲线S11。依据步骤4中所获得的流阻率A3与声压级最大值之间的关系曲线S32确定应用于所述噪音消减装置中的多孔材料层(1)的流阻率；依据步骤1中所获得的声压级曲线S1中声压级最大值，以及步骤5中所获得的凹槽深度A1与声压级最大值之间的关系曲线S11确定应用于所述噪音消减装置中的多孔材料层(1)的材料厚度C；依据步骤1中所获得的声压级曲线S1中声压级最大值，以及步骤5中所获得的凹槽宽度A2与声压级最大值之间的关系曲线S21确定应用于所述噪音消减装置中的多孔材料层(1)的材料宽度。...

【技术特征摘要】
1.一种充气轮胎空腔共振噪音消减装置的设计方法，所述轮胎空腔是由轮胎的胎面内表面(4a)与轮辋(2a)共同形成的呈环形的轮胎空腔(9)，所述轮胎空腔共振噪音消减装置是安装在胎面内表面(4a)上的多孔材料层(1)，所述多孔材料层(1)沿轮胎周向整圈铺设，横断面呈矩形，矩形断面的多孔材料层(1)的宽度为L，厚度为C；其特征是：所述充气轮胎空腔共振噪音消减装置设计方法按如下步骤进行：步骤1：将所述轮胎空腔(9)的空腔三维模型导入有限元软件，形成空腔有限元模型，定义所述空腔有限元模型的材料为空气、空腔有限元模型中各表面均为硬声场边界，设定所述空腔有限元模型的内部压强；在所述空腔有限元模型的内圈曲面中心线的P点位置处施加激励，利用有限元软件计算获得环形轮胎空腔(9)在150Hz-250Hz频段内P点位置处的声压级曲线S1，并提取声压级曲线S1中声压级最大值；步骤2：在所述轮胎空腔(9)的空腔三维模型中，按所述共振噪音消减装置所占据的位置划分出一个环形凹槽，形成含多孔材料三维模型，所述环形凹槽在环形轮胎空腔(9)的外圆周面上为敞口，所述环形凹槽的底面处在环形轮胎空腔(9)的腔体内；环形凹槽的凹槽深度A1等于多孔材料层(1)的材料厚度C，环形凹槽的凹槽宽度A2等于多孔材料层(1)的材料宽度L；步骤3：将所述含多孔材料三维模型导入有限元软件，形成含多孔材料有限元模型，定义所述含多孔材料有限元模型的材料为空气，定义含多孔材料有限元模型中环形凹槽的凹槽底面为多孔层阻抗边界，定义所述多孔层阻抗边界的厚度等于凹槽深度A1；其余各表面均为硬声场边界；所述多孔层符合Delany-Bazley多孔材料理论模型；设定所述含多孔材料有限元模型的内部压强；步骤4：设定环形凹槽的凹槽深度A1和凹槽宽度A2，调整多孔层阻抗边界的流阻率A3；在含多孔材料有限元模型内圈曲面中心线的P点位置处施加激励，利用有限元软件计算获得环形轮胎空腔(9)在150Hz-250Hz频段内P点位置处的的各不同流阻率所对应的声压级曲线S11，并提取各声压级曲线S31中声压级最大值，获得在设定的凹槽深度A1和凹槽宽度A2之下，流阻率A3与声压级最大值之间的关系曲线S32；步骤5：...

【专利技术属性】
技术研发人员：毕传兴，杨政，张永斌，张小正，李宁学，肖磊，
申请(专利权)人：合肥工业大学，
类型：发明
国别省市：安徽,34