考虑充气压力效应的重载轮胎面内振动模态建模及参数辨识

针对重载轮胎胎侧径向长度和胎体宽度比值(扁平比)接近1的结构特点,提出考虑不同充气压力的轮胎面内中低频试验模态分析、动力学建模和参数辨识方法。基于欧拉梁理论,考虑胎体面内弯曲、充气压力引起的胎体梁轴向力和充气压力敏感的胎侧径向刚度,建立轮胎柔性胎体-周向分布胎侧单元-轮毂质量块耦合动力学方程;考虑柔性胎体与周向分布胎侧单元的耦合效应,开展重载轮胎不同充气压力的面内振动模态试验,获取轮胎不同充气压力的共振频率试验值;以重载轮胎不同充气压力的面内共振频率试验值和解析解的误差作为目标函数,利用遗传算法对轮胎的未知结构参数进行辨识,并对高阶模态的固有频率进行预测。结果表明:(1)重载轮胎的面内振动体现为柔性胎体与周向分布胎侧单元的耦合振动,其中在0～180 Hz内为同向振动,在180～300 Hz内为反向振动;(2)随着充气压力的增加,重载轮胎各阶共振固有频率增大;(3)充气压力引起的胎体轴向力的变化和充气压力敏感的胎侧径向刚度效应可表征不同充气压力的轮胎面内振动特性。     

轮胎结构振动声学贡献度分析及降噪方法研究

以载重子午线轮胎295/80R22.5为研究对象,建立了其三维有限元分析模型,进行了有限元模态分析和试验模态测试,对比分析表明二者具有良好的一致性,说明所建有限元分析模型的正确性。为分析轮胎的振动噪声,建立了该子午线轮胎声学边界元模型。将滚动过程中轮胎与路面的作用力作为轮胎振动激励,运用模态声学传递向量MATV技术,分析了轮胎外轮廓结构对场点的声学贡献度,通过幅值-相位法确定胎面和胎侧是声学正贡献部件。为降低轮胎结构振动辐射噪声,在声学正贡献部件胎面和胎侧处引入聚氨酯类吸音材料,噪声分析结果表明,聚氨酯材料的使用能够有效地降低胎面和胎侧的振动加速度响应,降低轮胎的振动辐射噪声。     

大扁平比胎侧解析刚度建模及轮胎动力学分析EI北大核心CSCD

针对重载轮胎大扁平比结构建模问题,从动力学建模、实验模态分析、结构参数辨识等方面,基于解析弹性基础的欧拉梁模型,对重载轮胎的柔性胎体和大扁平比胎侧曲梁的低频动力学特性开展研究,建立了考虑充气预紧力的欧拉梁胎体模型,利用实验模态方法,探究了不同充气压力下的柔性胎体振动特性;考虑胎侧曲梁预紧力弦效应和结构弯曲效应,建立了大扁平比胎侧曲梁解析刚度模型;基于模态测试结果,进行柔性胎体与解析胎侧结构参数辨识。研究结果表明:在0~180 Hz频率范围内,重载轮胎以结构周向弯曲振动为主,可利用基于弹性基础的柔性梁模型表征;大扁平比胎侧曲梁的解析刚度与胎侧的几何、结构和充气压力参数直接相关;轮胎充气压力影响柔性胎体梁的轴向预紧力和胎侧的弦刚度,进而影响轮胎弯曲振动特性。     

基于弹性基础柔性梁的重载轮胎面内胎体与胎侧耦合建模及参数辨识

提出一种针对胎侧径向长度和胎体宽度比值(扁平比)接近1的重载子午轮胎的面内中低频试验模态分析、动力学建模和参数辨识方法。针对重载轮胎扁平比大的特点,开展柔性胎体与周向分布胎侧单元耦合的试验模态测试方法研究;建立考虑胎体面内弯曲和充气效应、胎侧惯性力和分段刚度的胎体-周向分布胎侧-轮毂耦合动力学模型,推导轮胎面内耦合固有频率解析解;开展结构参数辨识研究,预测高阶模态固有频率。结果表明:(1)重载轮胎在0~180 Hz和180~300 Hz频段内分别为柔性胎体与周向分布胎侧单元的同向与反向振动;(2)基于柔性胎体-周向分布胎侧单元-轮毂质量块耦合的模态分析和动力学建模方法可准确表征300 Hz范围内重载轮胎面内振动特征。     

厚度振动模态优化设计

实际工作中,压电陶瓷圆片振子的尺寸是有限的,振子在厚度振动基频处与径向振动高阶模有较强的耦合作用。通过理论计算和有限元仿真分析耦合作用的影响。为优化厚度振动模态,提出在压电圆片振子的中心打孔的方法,用孔径大小来调节径向高阶振动频率。实验证明压电圆片振子在中心打孔对优化厚度振动模态有效。     

某轮胎辐射噪声的仿真

在ABAQUS中建立某型号轮胎的有限元模型,采用计算模态分析和实验模态分析对比,验证有限元模型的正确性,并仿真轮胎在某一路面上的滚动过程。基于声传递向量概念,结合有限元和边界元方法,利用MATV技术计算了随机激励下轮胎振动的辐射噪声响应,对轮胎辐射噪声进行分析研究。     

轮胎振动噪声的数值模拟

给出了一个可分析轮胎滚动时振动噪声的频域计算方法.该方法先利用有限元得到轮胎在地面滚动时表面节点的振动速度,并将其转化为声学计算的频域边界条件,再利用声学边界元计算轮胎的低频振动噪声.同时对该方法的有效性进行了考评,结果表明可以在400Hz以下的低频范围内分析轮胎的振动噪声特性.利用该方法,对215/55R16型轮胎的振动噪声进行了分析,初步揭示了该轮胎的振动噪声主要来自于轮胎的1阶侧向振动,2阶径向振动,3阶径向、侧向复合振动以及胎侧、胎面局部振动.其中2阶径向振动噪声和胎面局部振动噪声幅度较大且容易传入车内,影响乘坐舒适性,应该作为降低轮胎低频振动噪声的重点.还揭示了轮胎噪声声压幅值随着速度升高而迅速增大;随着充气压力和载荷的增减,轮胎刚度发生变化,从而导致振动噪声的改变,但变化幅值很小,且无明显规律.     

轮胎模态分析试验研究

为了优化轮胎模态试验方法,得到精确的轮胎模态参数,结合LMS Test Lab,研究模态试验三要素的选用原则,即测点布置、边界约束和激励形式的选取方式。试验结果表明：(1)对轮胎单一胎面进行模态测量,存在模态遗漏现象,且轴向与径向阵型易混淆,因此须进行轮胎三胎面(内胎面、正胎面、外台面)布点测量;(2)胎面整周少于36个测点时,轮胎高阶次花瓣阵型难以清晰呈现,因此须于三个胎面等角度间隔平行布置36×3个测点;(3)轮胎处于整车安装离地状态受激励时,支撑位移量微小,优于软绳约束状态;(4)激振器激励信号相干系数达到1,优于力锤锤击信号,并且使试验进行更加便捷与高效。本文提出了一种新的轮胎模态测试方法,并应用此方法得到了准确的轮胎模态参数,研究结果为轮胎噪声与振动控制提供了基本依据。     

考虑面外振动的轮胎三维环模型

提出了包含面外扭转和面外弯曲振动的三维环模型,并应用于卡车子午线轮胎振动模态分析。在综述轮胎环模型发展的基础上,考虑了大变形应变和非线性应变项、面内面外弯曲和面外扭转三维位移模式,修正文献中的轮胎初始应力和气压功表达式,利用Hamilton变分原理首次建立了三维轮胎环模型的动力学控制方程,并利用模态展开技术得到了三维环模型面内和面外振动固有频率的解析解。该解析解首次建立了轮胎物理参数和轮胎三维振动固有频率之间的解析表达式,为轮胎的动态设计提供了理论指导。为验证三维环模型的准确性,对比了环模型分析、有限元模型和实验模态分析的结果,发现三者之间吻合良好,这证明文中建立的轮胎三维环模型的可靠性和准确性,能抓住子午线轮胎振动的本质规律。     

高频宽带圆管换能器研究

压电圆管换能器是水声领域中广泛应用的换能器之一,它一般采用压电圆管的径向振动模态。利用压电圆管的径向振动模态和高阶振动模态来实现圆管的宽带发射性能。采用有限元方法对圆管换能器进行了分析,利用ANSYS软件建立圆管换能器的有限元模型,并对其进行结构优化。最终所制作换能器的径向谐振频率为47.5kHz,其工作带宽为40~80kHz,发送电压响应起伏不超过±4dB,最大发送电压响应为150dB。研究结果表明：所采用的有限元法计算结果与测试结果吻合较好,换能器实现了高频、宽带、水平无指向性的发射性能。     

轮胎结构动特性的试验模态分析

本文对两种轮胎（子午线轮胎及钭交轮胎）开展了模态试验研究，获取了两种轮胎在典型工况下的模态参数，并分析了轮胎的模态参数随充气压力、激振力幅变化的规律，对它们在模态参数方面表现出的特点进行了细致对比。说明模态参数所显示的特点与其宏观特性是吻合的。     

基于柔性环轮胎模型的电动轮固有特性分析

为分析分布式驱动电动车用电动轮固有特性,本文基于轮胎柔性环理论建立了电动轮柔性环轮胎模型,计算了电动轮固有频率及各阶振型,说明了电动轮在车轮横断面内模态特性,并根据电动轮自由模态试验对电动轮柔性环模型进行了参数识别。电动轮固有特性分析表明,电动轮零阶模态为与轮胎环切向变形有关的轮胎周向旋转,一阶模态为轮胎环变形和轮胎运动耦合,而高阶模态只与轮胎环变形有关。驱动电机对电动轮固有特性的影响分析表明,引入驱动电机后轮辋质量参数的变化对高阶模态没有影响,而零阶、一阶频率分别随驱动电机转动惯量、质量增大而逐渐减小,且自由模态频率高于轮心固定的约束模态频率。最后通过电动轮约束模态试验验证了上述结论,为电动轮动力学分析、选型及使用提供参考。     

一种优化的柔性环动力学轮胎模型的研究与应用

提出了一种优化的柔性环轮胎有限元建模方法,该方法在传统的径向弹簧支撑的柔性环模型上优化了弹簧的数量并采用B21线性梁单元等效胎体的变形。该研究应用万能试验机对哑铃型轮胎橡胶片进行单轴拉伸试验,得到了应力-应变曲线,采用有限元仿真软件Abaqus对材料拉伸数据进行了超弹性和黏弹性评估拟合,在自由状态及载荷状态下对普通子午线轮胎柔性环模型进行了线性摄动模态分析,并提取了振型与固有频率。通过与Singlemodle分析结果的对比,验证了此建模方法的有效性和准确性。该研究还应用该模型预测了在动力学条件下,速度、载荷、胎压对轮胎固有频率影响的规律,为轮胎结构分析和设计提供了参考。     

家猫爪垫减振机理及其在轮胎花纹中的仿生应用研究

猫科动物运动时表现出极强的减振特性,爪垫作为与地面接触的唯一躯体部分是影响减振效果的关键因素。通过对家猫爪垫的组织学和接地力学试验研究表明,爪垫的减振机理主要体现在:爪垫组织结构呈现的多层特征有助于衰减接地应力;正常行走步态下爪垫力学特性表征出的爪垫-地接触中存在摆动变形的运动特征有利于缓冲储能的发挥。利用家猫爪垫的减振机理对PCR轮胎中间区域胎面的花纹沟壁结构进行仿生设计,采用仿蜂巢六边形凹坑非对称布局的花纹结构设计来实现家猫爪垫减振机理的仿生学应用。通过有限元仿真分析发现,当轮胎滚动时,所设计的仿生胎面花纹有效降低了轮胎接地压力偏度值和胎面-路面间径向激励力,改善了轮胎胎面磨损和振动噪声特性。     

非均匀加筋圆柱薄壳圆截面内振动的径向模态机械阻抗分析

提出圆柱薄壳的圆截面内运动假设,从声学角度将环肋对壳体的作用等效为径向作用力,根据Hamilton原理建立了简支非均匀加筋圆柱壳的振动控制方程,利用驻波形式解对其径向模态机械阻抗进行了研究。分析表明:对于加筋圆柱壳,环肋与圆柱薄壳的径向模态机械阻抗具有串联连接方式,通过调整环肋的几何参数增大环肋自身的径向模态机械阻抗,可以达到壳体减振降噪的目的,并指出了利用环肋的反共振特性进行加筋圆柱壳结构减振的设计方向。     

阻尼覆盖面积对船舶约束阻尼板振动特性影响分析

舰艇机械设备振动是舰艇主要振动噪声源之一,利用阻尼板敷设机械设备进行隔振是艇体内部减振降噪主要措施,在某型舰艇约束阻尼板胎架进行模态和阻尼特性进行计算和测试的基础上,研究阻尼板敷盖面积变化对胎架模型振动特性影响,得到不同阻尼板覆盖面积对其振动特性的影响规律。通过数值仿真和试验结果的对比,发现约束阻尼板胎架仿真模型振动特性与试验具有良好的一致性,低阶模态误差在7%以内,证明该工艺仿真设计方法的可靠性,同时得到阻尼因子随着覆盖面积的增加,阻尼因子明显增大,基本成线性比例增加,选择80%以上敷设面积阻尼板可以达到相应的工艺指标的结论。     

模态数量对薄壁短圆柱壳振动响应分析的影响

采用振型叠加法研究薄壁短圆柱壳受谐波激励的振动响应分析时模态截断数量的影响,且考虑简支-简支、固支-固支和固支-自由三种约束条件。首先基于Love壳体理论建立薄壁短圆柱壳的动力学模型。然后,给出采用振型叠加法进行薄壁短圆柱壳受径向谐波激励时的振动响应求解方法。在三种不同约束条件下,计算采用不同模态截断数量时的稳态响应的振动幅值,对比其一致性,并与实测结果进行比较。结果表明,在这三种约束条件下计算受谐波激励薄壁短圆柱壳的振动响应,需要截取前8阶模态函数用于表征位移模式;模态数据超过8阶对响应计算的精度没有明显改善,实测振动响应结果与解析结果基本吻合。     

基于ODS与试验模态分析的方向盘摆振优化

分析了方向盘振动机理与控制方法.针对某款乘用车的转向系统进行了ODS(Operational Deflection Shape)分析与试验模态分析,找出了在高速行驶中方向盘摆振的激励源、传递路径及转向系统的结构弱点.从激励源、传递路径和接受体三方面来控制摆振.第一是控制轮胎动平衡参数,降低路面对轮胎的激励.第二是优化传动轴万向节,提高传递路径的隔振性能.第三是优化转向系统的结构弱点,提高其固有频率,使之与激励频率解耦.这项研究为分析方向盘高速摆振提供了一套有效方法,并取得了较好的优化效果.