轮胎噪声、密封条隔声分析

CopyrightFreeFieldTechnologies密封条隔声分析李奇博士2CopyrightFreeFieldTechnologies车内噪声主要包括发动机噪声、轮胎/路面噪声以及空气动力性噪声。降低车内噪声需要采取综合的措施，包括噪声源的降低、车体结构隔声性能的提高等，而密封条的使用是提高车体整体隔声性能的重要措施，可有效抑制空气声进入车内。汽车密封条的隔声性能，国际上目前有两种试验方法：静态试验法和风洞试验法静态试验是模拟车体静止状态下，截取一段直线段密封条在特定的试验装置内进行的隔声性能测试。风洞试验是车体在一定的行驶速度下密封条安装在车体上进行的隔声性能测试。ACTRAN被应用于车辆密封系统的传递损失计算，分析诸多参数对隔声性能的影响，为工程师对车辆密封系统的优化设计提供仿真数据支撑。车内噪声及密封系统3CopyrightFreeFieldTechnologiesTheACTRANsoftwaresuiteACTRANVibro-AcousticsACTRANAero-AcousticsACTRANTMACTRANAcousticsACTRANDGMACTRANVIACTRANforNASTRAN4CopyrightFreeFieldTechnologies密封条隔声实验隔声实验室半消声室混响室5CopyrightFreeFieldTechnologies分析步骤准静态分析声学分析计算工况频率范围500-4000Hz杨氏模量、阻尼、压缩比率不同截面形状扩散声场激励边界条件声学有限元/无限元密封条声学分析密封条系统密封条有限元模型准静态分析声学分析6CopyrightFreeFieldTechnologies结果对比针对不同的密封系统，传递损失的测试结果与计算结果随频率变化表现出了一致的趋势性。简单密封系统的传输损耗测量值计算值复杂密封系统的传输损耗测量值计算值7CopyrightFreeFieldTechnologies参数化分析运用数值仿真技术可以深入的研究车门密封系统中的诸多参数对传递损失的影响；雷诺工程师研究了以下四方面参数：压缩比影响材料杨氏模量材料阻尼几何形状8CopyrightFreeFieldTechnologies影响因素-1-压缩比从图中可以看到，在简单几何形状的密封系统中，传输损耗随着压缩比的增大呈现递增趋势压缩比（10%~40%）对传输损耗的影响9CopyrightFreeFieldTechnologies影响因素-2-杨氏模量简单几何形状的密封系统中，当压缩比为40%时，杨氏模量对传输损耗的影响。可以看到，当密封系统的杨氏模量提高时，共振频率向高频移动，传递损失呈现出低频下降，高频上升的特点。10CopyrightFreeFieldTechnologies影响因素-3-阻尼简单几何形状的密封系统中，当压缩比为40%时，阻尼对传输损耗的影响。同样的，阻尼同样对密封系统的传递损失有着重要的影响，尤其是在共振频率处。11CopyrightFreeFieldTechnologies影响因素-4-几何形状不同的密封方式，在具有同样的材料特性，压缩比（30%）的条件下，对密封系统的传递损失有着不同的影响。CopyrightFreeFieldTechnologies轮胎噪声模拟13CopyrightFreeFieldTechnologies研究表明，轮胎噪声对于汽车噪声的贡献率达到14.8%，企业投入巨资投入静音轮胎的开发与研究。影响轮胎噪声问题的因素：轮胎与路面的摩擦轮胎花纹边缘的橡胶摩擦轮胎花纹间隙的空气流动胎体运动牵制花纹边缘部分引起的振动胎面和路面粘滞运动产生的噪声由于不同激励造成胎体复杂振动的声辐射轮胎噪声源构成ImpactTreadreleaseAirpumpingStick-slip+TirevibrationCopyrightFreeFieldTechnologiesAcousticRadiationfromtyresusingfiniteandinfinitemethod:coupledanduncoupledapproaches15CopyrightFreeFieldTechnologies欧盟研究发展第五框架规划（RATIN）中，选择重点企业(Goodyear、Renault)、高校（Chalmers/KTH）、研究中心(ISVR/CSTB)以及专门致力于计算声学、振动声学和气动声学的FFT公司联合攻关。项目背景16CopyrightFreeFieldTechnologiesACTRAN软件模块ACTRANVibro-AcousticsACTRANAero-AcousticsACTRANTMACTRANAcousticsACTRANDGMACTRANVIACTRANforNASTRAN17CopyrightFreeFieldTechnologies非耦合模型：解决轮胎的动力学问题：用解析模型和带有边界条件的声学模型声学模型：有限元法分析近场、无限元法分析远场完全耦合模型：结构动力学、轮胎内腔的声场、轮胎辐射的声场完全耦合起来轮胎内部空腔的有限元模型+轮胎结构有限元模型+轮胎周围空腔的有限元/无限元模型研究内容18CopyrightFreeFieldTechnologiesACTRAN用有限元和无限元方法建立声辐射模型来研究轮胎的中低频噪声，比传统的边界元方法更具优越性：（1）CPU计算时间更短，更有效利用计算机进行并行处理（2）支持建立包含轮胎胎面的致密网格，能够模拟非匀质材料（泡沫材料等），模拟温度梯度、非匀质平均流有限元/无限元方法19CopyrightFreeFieldTechnologies假设轮胎的辐射声阻抗远小于其动力学阻抗，利用ACTRAN建立振动-声学模型（轮胎振动与相应的外部声场弱耦合）喇叭口效应研究=80mm20CopyrightFreeFieldTechnologies下图是不同软件计算的几何插入损失结果对比，看出ACTRAN能有效研究horn效应相关问题不同方法计算结果对比21CopyrightFreeFieldTechnologies非耦合模型仿真结果371Hz声压级云图653Hz时声压级云图22CopyrightFreeFieldTechnologiesAMDMP1900+/1.5GB网格类型1网格类型2网格类型3频率范围[0,500Hz][500,1500Hz][1500,2500Hz]频率步长11Hz11Hz11Hz节点数4,30211,52432,424网格数20,33753,637161,897每频率所用CPU时间(s)373333230不同网格类型比较CopyrightFreeFieldTechnologiesAcousticabsorptioninarearwheelarchPlasticOmniumAutoExterior&VIBRATEC24CopyrightFreeFieldTechnologies项目背景乘客舱内后排座椅位置的声环境仍然需要大量的研究工作加以改善。对于轮胎/路面噪声对车内的影响，工程师较多从地板或后轮内置板等结构隔声性能着手。PlasticOmniumAutoExterior与VIBRATEC的工程师，另辟蹊径研究后轮内置板的吸声性能。25CopyrightFreeFieldTechnologies实验装置实验对象：塑料与内衬纺织材料的后轮内罩板声源：1/3倍频程400—1600Hz白噪声声源与接收器布置：右图26CopyrightFreeFieldTechnologies测量结果-车轮近场27CopyrightFreeFieldTechnologies测量结果-人耳28CopyrightFreeFieldTechnologies测量结果-车内轮胎上方29CopyrightFreeFieldTechnologies后轮内罩板声学设计优势：良好的密闭性减少声泄漏，减少结构撞击噪声共振频率为1000Hz左右，通过填充纺织材料减少声泄漏CopyrightFreeFieldTechnologies轮胎噪声应用实例31CopyrightFreeFieldTechnologies典型应用1-不同轮胎纹理的频谱特性32CopyrightFreeFieldTechnologies模拟轮胎-路面喇叭口效应导致的噪声放大现象路面和轮胎做固壁面简化假设轮胎外缘半径31cm典型应用2-喇叭口效应ldr声源传声器固壁面33CopyrightFreeFieldTechnologies典型应用3-低噪声路面影响Pass-bynoisetestposition:rigidandabsorbingroadRoadabsorptionmustbetakenintoaccount34CopyrightFreeFieldTechnologies内部高压气体:FE胎体:FE外部空气:FE/IE场点网格典型应用4-轮胎噪声耦合模型•AllowtotakeintoaccountthecavitymodesandthebasicsmodesoftheTire•Non-congruentmeshsupport:thestructureandacousticfluidmaybemeshedcompletelyindependently35CopyrightFreeFieldTechnologies轮胎噪声耦合模型结果242Hz36CopyrightFreeFieldTechnologies轮胎噪声耦合模型结果Firstcavitymodeat200Hz37CopyrightFreeFieldTechnologiesThankYou!