[发明专利]一种轮胎空腔共振噪音衰减装置的参数设计方法

摘要

本发明公开了一种轮胎空腔共振噪音衰减装置的参数设计方法，是将轮胎空腔共振噪音衰减装置使用的多孔材料等效成为满足Delany‑Bazley理论模型的流体，根据轮胎空腔内存在的边界条件，求出轮胎腔内声压的特征方程，根据声压特征方程获得空腔共振频率和空腔共振频率对应的特征值，从而设计出多孔材料的厚度和流阻率。本发明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，为轮胎空腔共振噪音衰减装置的材料参数设计提供依据。

主权项

1.一种轮胎空腔共振噪音衰减装置的参数设计方法，所述轮胎空腔是指由轮胎内表面(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轮胎内表面(4a)上的多孔材料，所述多孔材料沿轮胎周向整圈铺设为环形多孔材料层(1)，所述环形多孔材料层的横断面呈矩形，所述环形多孔材料层(1)能够在周向分段设置，各段连续拼装在轮胎内表面(4a)上；其特征是：所述参数设计方法按如下步骤进行：步骤1：以轮胎中心为坐标极点，垂直于轮胎轴向建立极坐标系，在所述极坐标系下，轮胎腔内声压p的波动方程由式(1)所表征：r表示轮胎中心到轮胎空腔内任意一点的距离；θ为所述极坐标系中的角度；k为声音在传播介质中的波数，k＝ω/c；ω为声音的角频率，ω＝2πf,π为圆周率，f为声音的频率，c为在传播介质的声速；所述的传播介质为气体、液体或固体；将所述多孔材料等效为满足Delany‑Bazley理论模型的流体，则所述流体的特征阻抗Z₂和复波数k₂由式(2)和式(3)所表征：Z₁为空气的特征阻抗，Z₁＝ρ₁c₁，ρ₁为空气密度，c₁为在空气中的声速，k₁为声音在空气中的波数，k₁＝ω/c₁；σ为所述流体的流阻率，i为虚数单位；步骤2：将式(1)通过分离变量法分别获得由式(4)所表征的轮胎空腔(9)内在所述流体区域的声压p₁(r)，以及由式(5)所表征的轮胎空腔(9)内在空气区域的声压p₂(r)：J_n(x)表示以x为变量的第一类Bessel函数，Y_n(x)表示以x为变量的Neumann函数；n为傅里叶级数的阶数，k₂由式(3)计算获得；λ_1n、λ_2n、u_1n和u_2n是由边界条件决定的未知系数；轮胎空腔(9)满足如下四个边界条件：边界条件一：轮辋(2a)的内表面为刚性壁面，刚性壁面Q1位置处的质点径向速度v₁(r₀)为0，由式(6)所表征：r₀为轮辋(2a)的内表面半径；边界条件二：在轮胎内表面(4a)上任意点Q2位置处，由于轮胎受外部激励所引起的胎面的径向振速v与由于声压p₂(r)所引起的质点径向速度v₂(R₁)相等，由式(7)所表征：v₂(R₁)＝v                (7)并有：v＝iwω；R₁表示轮胎内表面(4a)的半径；ρ₂为所述流体的密度，c₂为在所述流体中的声速，w为胎面的径向位移，ρ₂c₂＝Z₂；Z₂由式(2)计算获得；边界条件三：轮胎空腔(9)内流体与空气接触的表面(1a)上任意点Q3位置处的声压由式(4)或式(5)计算获得，且由式(4)计算获得的表面(1a)上任意点Q3位置处的声压p₁(R₂)和由式(5)计算获得的表面(1a)上任意点Q3位置处的声压p₂(R₂)相等，由式(8)所表征：p₁(R₂)＝p₂(R₂)                (8)R₂表示轮胎空腔(9)内流体与空气接触的表面(1a)的半径，即：R₂＝R₁‑h,h为多孔材料厚度；并有：边界条件四：轮胎空腔(9)内流体与空气接触的表面(1a)上任意点Q3位置处的质点径向速度v(R₂)是将式(4)或式(5)代入式(9)中获得：步骤3：将式(4)和式(5)代入到式(6)、式(7)、式(8)和式(9)中获得声压特征方程Tn为：Tn＝J′_n(k₁r₀)×J′_n(k₂R₁)×Y_n(k₁R₁)×Z₁Y′_n(k₂R₂)‑J′_n(k₁r₀)×J′_n(k₂R₁)×Y_n(k₂R₂)×Z₂Y′_n(k₁R₂)‑J′_n(k₁r₀)×Y′_n(k₂R₁)×Y_n(k₁R₁)×Z₁J′_n(k₂R₂)+J′_n(k₁r₀)×Y′_n(k₂R₁)×J_n(k₂R₂)×Z₂Y′_n(k₁R₂)‑J_n(k₁R₁)×J′_n(k₂R₁)×J_n(k₁R₁)×Z₁Y′_n(k₂R₂)+Y′_n(k₁r₀)×J′_n(k₂R₁)×Y_n(k₂R₂)×Z₂J′_n(k₁R₂)+Y′_n(k₁r₀)×Y′_n(k₂R₁)×J_n(k₁R₁)×Z₁J′_n(k₂R₂)‑Y′_n(k₁r₀)×Y′_n(k₂R₁)×J_n(k₂R₂)×Z₂J′_n(k₁R₂)J′_n(x)表示以x为变量的第一类Bessel函数对r的一阶偏导数；Y′_n(x)表示以x为变量的Neumann函数对r的一阶偏导数；通过改变多孔材料的流阻率σ与厚度h，绘制出特征值Tn(fe)随多孔材料的流阻率σ与厚度h变化的三维曲面图F1，通过三维曲面图来固定特征值Tn(fe)大小获得多孔材料的流阻率σ与厚度h的参数。