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輪胎模態(tài)影響因素分析01

2022-02-11 22:49:46·  來源：誤入輪胎NVH的釣魚人  作者：羅旭  
　
01 概述研究輪胎的模態(tài)振動行為一般分為靜態(tài)工況和滾動工況兩個方向進(jìn)行，弄清楚結(jié)構(gòu)因素和非結(jié)構(gòu)因素對輪胎振動行為的影響便于有針對性的設(shè)計出具備良好的NVH性
01 概述
研究輪胎的模態(tài)振動行為一般分為靜態(tài)工況和滾動工況兩個方向進(jìn)行，弄清楚結(jié)構(gòu)因素和非結(jié)構(gòu)因素對輪胎振動行為的影響便于有針對性的設(shè)計出具備良好的NVH性能的輪胎，并為OE配套解決NVH痛點(diǎn)提供方向。
本文我們主要討論靜態(tài)工況下輪胎模態(tài)的動態(tài)行為，其中包括環(huán)境溫度、氣壓、載荷、邊界條件、老化周期、裝配輪輞、測點(diǎn)數(shù)量、測點(diǎn)位置等非結(jié)構(gòu)因素對輪胎模態(tài)的影響。
02 結(jié)果分析
通常我們進(jìn)行輪胎模態(tài)試驗的時候要求環(huán)境溫度為室溫，而室溫的定義包括：23℃±2℃、25℃±5℃和20℃±5℃三類，通過試驗我們發(fā)現(xiàn)溫度的變化對輪胎模態(tài)的頻率還是存在影響的，如圖1所示，溫度變化3℃對各階模態(tài)頻率影響很小，頻率變化為0.5%。降低至7℃時，模態(tài)頻率變化明顯，且越高階頻率增大越大，因此，輪胎模態(tài)試驗環(huán)境溫度變化波動范圍控制在±1.5℃是合適的。

圖1
環(huán)境溫度變化對空腔模態(tài)頻率也有影響，空腔頻率隨著溫度升高而增大，每升高3-4℃，頻率增大約1Hz。由于輪胎空腔頻率fc與聲速c成正比，與波長成反比，聲速c與腔體內(nèi)部溫度成正比，波長近似等于輪胎內(nèi)腔中心周長，受溫度變化影響很小，所以輪胎空腔模態(tài)的頻率與溫度成正相關(guān)，如圖2所示。

圖2
測點(diǎn)數(shù)量和激勵位置對模態(tài)頻率的影響幾乎可以忽略，如圖3、4所示，因為固有頻率是系統(tǒng)的全局特性，即使是單點(diǎn)激勵單點(diǎn)響應(yīng)也可以識別出結(jié)構(gòu)的固有頻率，但是測點(diǎn)數(shù)量對模態(tài)振型是有影響的，測點(diǎn)數(shù)量不夠?qū)?dǎo)致高階模態(tài)振型會混成低階模態(tài)振型，如圖5所示，8個測點(diǎn)就會將5瓣模態(tài)振型混成3瓣模態(tài)振型。

圖3
圖4
邊界條件主要影響結(jié)構(gòu)的剛度和質(zhì)量，因此對固有頻率的影響也不能忽略，如圖6、7所示，當(dāng)邊界由彈性繩（類自由邊界）換成中心固定（約束邊界）時，剛體模態(tài)的頻率變化明顯，彈性體模態(tài)頻率幾乎不變。

圖6
圖7
輪輞也是影響輪胎模態(tài)頻率一個重要因素之一。汽車上裝配的都是商用鋁合金輪輞或商用鐵質(zhì)輪輞，而實驗室通常采用的是鋼制試驗輪輞或鍛鋁試驗輪輞，以商用鋁合金輪輞和鋼制試驗輪輞為例說明，這兩類輪的模量相近，重量相差1倍，通過試驗發(fā)現(xiàn)裝配不同輪輞主要影響剛體模態(tài)，對彈性體模態(tài)的影響可以忽略不計，如圖8、9所示。

圖8
圖9
另一個重要的影響因素便是輪胎充氣壓力，增加充氣壓力，相當(dāng)增加了系統(tǒng)的剛性，輪胎各階模態(tài)頻率隨氣壓增大而變大，氣壓變化0.5bar，頻率變化5%~14%，高階彈性體模態(tài)更容易受氣壓影響。輪胎充氣壓力對空腔模態(tài)頻率也有影響，隨氣壓增大而增大，氣壓變化0.5bar，空腔模態(tài)頻率變化0.3%~0.6%，如圖10、11所示。
圖10
圖11
輪胎加載載荷也會影響其模態(tài)的頻率，從標(biāo)準(zhǔn)載荷的25%逐漸增大到100%，以25%為間隔進(jìn)行試驗，結(jié)果發(fā)現(xiàn)主要受接地區(qū)域的影響，載荷增加25%，頻率增加0.3%~1.3%；1階垂向空腔模態(tài)頻率隨載荷增大而增大，載荷每增加25%，頻率約增加0.65%，如圖12、13所示。
圖12
圖13
最后，我們討論下懸掛方式對模態(tài)頻率的影響，從圖14中可以看出，懸掛方式的不同并不會影響輪胎的固有頻率頻率。

圖14
03 總結(jié)
通過以上一系列的試驗分析，我們可以得到輪胎模態(tài)頻率影響因素表，如圖15所示。

圖15
本次內(nèi)容就跟大家分享到這里，歡迎各位同行指正批評。
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