【转帖】意大利Pirelli公司进行轮胎噪声优化研究

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意大利Pirelli公司进行轮胎噪声优化研究
  
意大利Pirelli公司是世界顶尖的六大轮胎生产商之一，年销售额超过32亿美元。它生产的轮胎包括小汽车轮胎（标准型轮胎、高性能轮胎及赛车型轮胎），还有用于卡车、公共汽车、农用车、重型推土机及摩托车的轮胎。公司在提高轮胎质量方面投入了相当大的技术力量。最早生产的汽车轮胎专利产品可以追溯到1901年，然后是子午线带束轮胎技术(1948)，低高宽比（扁平）轮胎技术（1970），以及当今新型的，具有领先技术的超低高宽比（超扁平）轮胎, P6000和P3000。公司一直都在不遗余力地进行技术创新和产品开发，3％的年收入都投入到位于世界各地的6个研发中心。意大利米兰的研发中心主任Ing. Federico Mancosu积极鼓励使用新技术用于轮胎噪声的优化。该中心拥有数套LMS CADA-X试验系统用于轮胎噪声试验，同时还使用LMS SYSNOISE预测轮胎的辐射噪声。Pirelli公司同时还是欧洲正在进行的TINO（噪声优化）项目的主要参与研究者。
  
TINO项目的目的之一就是要深入了解产生辐射噪声的转动轮胎的表面状况。这方面的研究主要是进行试验，同时还基于ASQ（空气声源定量法）技术。在预定条件下不同轮胎表面对声压的贡献量测量在Pirelli汽车转鼓试验台上进行。这个设备包括安装在地下的直径为2米的转鼓，其顶端与地面持平。轮胎安装在轮轴上，可以在电动转鼓的带动下进行转动。转鼓的速度是电控的，可以在数小时内保持固定的速率。在这种情况下，边界条件得到了很好的控制，可重复性好，即车轮悬架和整车的动态特性可以完全排除在外。
  
标准产品P6000型轮胎的试验是在预加载荷为3500牛顿，速度保持在50km/h的条件下进行的。轮胎周围的测量包括三个不同方面的试验：在轮胎周围大约3cm处对336个不同位置进行工作声压的测量，在工作声压和轮胎的84个子表面间进行近场和远场声学频响函数的确定。总共测量84×336＝28224个频响函数。尽管分析频率高达1000Hz，但远场噪声的合成与实际测量非常吻合，近场的结果也是合理的。ASQ方法应用在轮胎上非常有效。
  
Pirelli公司另一个研究领域是开发出更好的数字化模型用于轮胎噪声的预测及优化。这是一项非常复杂的工作：轮胎是高度非线性的，承受大量的静态、动态和离心载荷；同时还要受到冲击力、附着力和滑移力，及轮胎花纹内空气受挤压力等影响。当我们考虑到轮胎变形时，像道路粗糙等结构激励会导致很大的振动和变形，其中一些处于更高的频率，不可忽视。
  
"最初，使用声学－结构耦合模型的边界元可用于预测轮胎高达第二特征频率（大约1000赫兹）的声?quot;，Pirelli的物理学家Ennio Cervi说，"然而这需要较高的网格密度，因此需要很长的计算时间。此外使用边界元法就无法利用道路表面的导纳边界条件。这样，传统的频域结构－声学耦合建模就此搁置一边，重新开始进行时域的计算。"
  
Pirelli是第一批LMS SYSNOISE的用户，它采用了全新的无限元（I-FEM）方法。无限元方法（I-FEM）提供了介于边界元和有限元之间的方法，即将传统的有限元用以填充辐射结构周围的近场，其他空间由无限元来进行补充。尽管此时声学自由度的数目要比边界元时多，但计算时间通常会大大缩短，因为系统矩阵是稀疏矩阵。"早在SYSNOISE的早期版本用于TINO项目时，创建网格的主要问题就已经得到解决。"Ennio继续说，"我们选择使用无限元是因为我们想进行时域方面的分析，并且无限元还为我们提供了更快速的解决方案。" Pirelli使用ABAQUS对在30ms内经过凸块的滚动轮胎进行动态特性分析，LMS也开发出特殊的接口将加速度数据传递到'静态'辐射表面。这样，就可以在经过凸块的过程中每隔0.5ms就预测一次噪声辐射。