轮胎花纹噪声仿真系统

基于CATIA/CAA的轮胎花纹设计及自动节距排列李　华，张　敏，程丽娜，吴东霞（中策橡胶集团有限公司，浙江杭州310018）摘要：基于CATIA参数化建模及CAA二次开发，介绍一种花纹设计方法。

花纹开发主要包括单节距花纹模板制作和整周拼接两部分。

单节距花纹模板制作包含2D线框、3D曲面及3D实体3个阶段，利用CATIA知识工程及三维建模技术，实现以规格为主要发布参数的模板封装。

利用CAA编程技术，调用单节距花纹模板，快速实现了轮胎整周花纹的拼接，可缩短轮胎开发设计周期、降低开发成本、提高设计自动化水平。

关键词：轮胎；模板；节距花纹；自动排列；CATIA；CAA二次开发中图分类号：TQ336.1＋1；TP391.7 文章编号：1006-8171（2021）01-0009-04文献标志码：A DOI：10.12135/j.issn.1006-8171.2021.01.0009伴随着经济的不断发展，汽车的需求量日益增大，而轮胎在汽车行驶的舒适性和安全性方面起着重要作用。

因此，轮胎的设计变得日益重要，复杂程度也逐渐上升，胎面花纹形状千变万化，结构复杂，常需要耗费大量设计时间。

二维图形设计已经无法满足轮胎设计要求，众多轮胎企业纷纷采用CATIA，UG和SolidWorks等三维软件进行轮胎设计开发，显著缩短了轮胎的开发周期，同时伴随着设计自动化程度的提高，轮胎的设计质量也得到了明显提升[1]。

胎面花纹对噪声、滚动阻力和滑水等轮胎性能有重要影响[2-5]，是轮胎产品设计的重要组成部分。

改进胎面花纹的设计方法、优化设计系统是提高轮胎质量的重要途径[6]。

国外研究者积累了丰富的轮胎花纹设计经验和技术。

S.Fujiwara 等[7]通过研究轮胎花纹沟槽产生谐振频率的原理，提出了可以降低花纹沟噪声的稳态花纹设计方法。

W.Strache等[8]将虚拟开发技术应用到轮胎花纹设计过程中，可缩短开发周期和降低开发成本。

C.H.Chu等[9]在分析轮胎及其花纹特点的基础上，借助CATIA提供的CAA-RADE开发工具，实现了轮胎三维花纹的快速化设计。

轮胎花纹泵浦噪声计算及评价方法王国林;周伟;沈飞;周海超【摘要】利用ABAQUS软件建立计及复杂花纹的205/55R16型子午线轮胎3D 有限元模型,通过接地试验验证了有限元模型的精度,并提取轮胎在滚动过程中单个节距花纹沟体积变化历程.结合Lighthill声学理论和FW-H方程,利用动网格技术将花纹沟体积变化历程作为流体计算边界条件,计算花纹泵浦噪声,并与试验结果取得了较好的一致性.在此基础上,分析了使用因素对轮胎泵浦噪声的影响,轮胎花纹泵浦噪声随载荷和速度的增加而增加,随着轮胎气压的增加而减小.泵浦噪声与滚动程中花纹沟体积变化率成正比,提出以单一节距花纹沟体积变化率作为泵浦噪声的评价指标,控制花纹沟变形可实现降噪,为设计低噪声轮胎提供了新思路.%A three-dimensional finite element model(FEA) of radial tire 205/55R16, considering the complex tread patterned tire's steady-state rolling, was established by ABAQUS software. The tire contact test was used to prove the reliability of FEA model, and the volume change behavior of single pitch pattern groove was achieved. Taking the changing course of single pitch pattern groove volume as boundary conditions, the Lighthill acoustic theory and FW-H model was used to analyze the pumping noise and the simulation result was consistent with the test. On this basis, the influence of use factors on pumping noise was considered, it increases with the growth of load and vehicle speed and decreases with tire pressure growth. The pumping noise is substantially proportional to the volume change rate of single pitch pattern groove, which could be considered as the evaluation index of tire pumping noise. Controlling the pattern deform isbeneficial to reduce the pumping noise, which provide a new idea for low-noise tire.【期刊名称】《机械设计与制造》【年(卷),期】2017(000)011【总页数】4页(P63-66)【关键词】子午线轮胎;泵浦噪声;花纹变形;数值仿真【作者】王国林;周伟;沈飞;周海超【作者单位】江苏大学汽车与交通工程学院,江苏镇江 212013;江苏大学汽车与交通工程学院,江苏镇江 212013;江苏大学汽车与交通工程学院,江苏镇江212013;江苏大学汽车与交通工程学院,江苏镇江 212013【正文语种】中文【中图分类】TH16;U463.341;O35随着汽车保有量的迅速发展增加，交通噪声已经成为噪声污染的主要来源，轮胎\路面噪声是主要来源。

基于Abaqus软件的轮胎噪声分析黄　伟，曹金凤*（青岛理工大学理学院，山东青岛　266520）摘要：基于非线性有限元分析软件Abaqus，采用流-固耦合方法对轮胎噪声进行数值模拟。

结果表明：轮胎近场噪声试验与仿真结果都具有明显的指向性，轮胎接地前后端的声压级最大，且接地后端的声压级大于接地前端，90°测点的声压级最小；轮胎近场噪声的声压级在中高频段的衰减速度与花纹横沟宽度呈负相关；90°测点频谱特性的仿真结果与试验结果非常接近，误差范围为4～12 Hz；节距噪声基本频率与花纹横沟宽度无关。

关键词：轮胎；噪声；Abaqus软件；有限元分析；流-固耦合；仿真分析中图分类号：TQ336.1；TB533＋.2 文章编号：1006-8171（2020）09-0567-04文献标志码：A DOI：10.12135/j.issn.1006-8171.2020.09.0567随着汽车工业的不断发展，人们对汽车驾乘舒适性的要求越来越高。

噪声是汽车舒适性的重要方面，而轮胎是汽车重要的噪声源之一[1]。

轮胎噪声在车辆高速行驶时是整车噪声的主要部分。

研究轮胎噪声的产生原因并提出降噪措施具有重要的工程意义。

轮胎噪声的产生机理十分复杂，包括空气动力学机理、振动机理、增加或减弱机理等[2]。

与空气动力学机理相关的噪声包括泵浦噪声、空气柱共鸣噪声、亥姆霍兹共振噪声和空气湍流噪声；与振动机理相关的噪声包括胎面花纹块振动噪声、花纹块粘着振动和滑移噪声；与增强或减弱机理相关的噪声包括喇叭口效应、轮胎共振、机械阻抗效应和声学阻抗效应。

目前业界对各种噪声机制对轮胎噪声的贡献尚未有明确结论。

冯希金等[3]提出了一种泵浦噪声源识别的新方法，将试验与数值分析结合，通过对花纹轮胎噪声测试、轮胎声场阻抗分析和声源辨识，利用反演法进行试验与仿真，以验证方法的有效性。

包秀图等[4]利用有限元分析得到轮胎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，再利用声学边界元理论计算轮胎的低频振动噪声。

C3轮胎通过噪声的试验研究C3轮胎是一种新型的轮胎，其设计理念是为了降低噪音污染。

随着城市化进程的加速，交通噪声越来越成为社会关注的焦点，因此研发低噪音轮胎就成了轮胎行业的重要任务之一。

为了验证C3轮胎的降噪设计是否有效，进行了一系列的噪声试验研究。

试验平台为了保证试验的科学性和可靠性，首先需要搭建一个完善的试验平台。

在试验平台上，需要安装一个静音室，将轮胎放置在测试台上。

在轮胎外侧安装一个加速摄像机和一个立体声麦克风阵列，用于捕捉轮胎接触路面时产生的噪声和振动信号。

试验过程首先，将轮胎安装在测试台上，调整好轮胎的气压和轮胎与测试台之间的接触面。

然后，通过电机将轮胎进行加速，使其在测试台上行驶，产生路面噪声。

同时，对轮胎的声音和振动信号进行采样，得到相应的数据。

通过对这些数据进行分析，可以得到轮胎的噪声谱和振动谱。

数据处理在得到噪声和振动谱后，需要进行数据处理和统计分析，以便更加准确地评估C3轮胎的噪声降低效果。

需要进行数据滤波和降噪处理，并利用傅里叶变换将原始信号转换为频域信号。

同时，需要采用多种统计方法，如相关分析、回归分析等，来对数据进行分析和解释。

试验结果通过对C3轮胎和普通轮胎进行对比试验，发现C3轮胎的噪声和振动谱明显低于普通轮胎，整体噪声水平降低了15%以上，这一效果已经达到了设计的预期效果。

此外，对各个频段的噪声指标进行对比，也证明了C3轮胎的噪声降低效果在高频段、低频段以及中频段都表现出较好的效果，这意味着C3轮胎能够有效地应对城市道路上各种噪声源的影响。

结论通过以上试验研究，C3轮胎的噪声降低效果已得到验证。

这一研究成果对于轮胎行业和城市交通噪声治理具有重要的意义，未来轮胎产业应该进一步加强降噪设计，为城市交通噪声治理贡献力量。

此外，在试验过程中还发现，C3轮胎的降噪效果与轮胎胎面设计及材料有关。

C3轮胎采用了一种新型的橡胶材料，该材料具有较好的吸震性能和降噪效果，同时轮胎胎面的花纹设计也经过了优化，使得轮胎与路面间的摩擦和振动得到了更好的控制，因此降噪效果得以显著提高。

基于MLE的滚动轮胎冲击振动噪声仿真分析冯希金;危银涛;项大兵;范成建【摘要】提出一种滚动轮胎冲击振动噪声预测的新方法。

轮胎滚动接触引发的噪声是道路交通的一个重要课题，引发广泛关注，目前尚没有有效的分析预测方法。

提出新方法包括用混合拉格朗日—欧拉描述法(Mixed Logrange Euler Method，MLE)分析大变形滚动接触结构的速度场、加速度场和接触变形。

通过欧拉网格和拉格朗日网格的信息传递，完成滚动结构动力学分析。

通过将轮胎花纹和胎冠整体三维建模，可以得到连续轮胎表面的加速度场。

以参考空间中连续表面的加速度场作为声源，采用声学有限元方法得到滚动噪声的分布预测。

实验和仿真结果对比证明本方法的可靠和准确，也证明1000 Hz以下轮胎的滚动噪声主要是花纹的冲击振动引起的噪声。

提出的方法为预测分析轮胎的滚动噪声开辟一条可行的道路。

%The noise caused by the rolling contact of the tire is an important subject in the road transportation industry, which has attracted more and more attention. Unfortunately, at present there is no effective method to analyze and predict the rolling noise. In this paper, a new method for predicting tire rolling impact noise was presented. This method was based on the Mixed Lagrange-Euler Method (MLE). Using this method, the velocity field, the acceleration field and the contact deformation of the rolling tire with large deformation could be analyzed. First of all, a 3-D model including the tire pattern and the whole tread was built. By using this model, the acceleration field of the continuous tire surface was obtained. Then, two kinds of tire meshes were developed, one was Lagrange mesh for the rolling tire, and the other was Euler mesh fixed inthe space for the noise simulation. By means of mapping the acceleration of the Lagrange mesh to the Euler mesh, a non-rotational acceleration field was built. Finally, by using the aforementioned acceleration field as the acoustic source, the rolling noise could be predicted numerically by means of FEM. Mutual comparison of the results of test and simulation show that this method is feasible and reasonable. It also proves that the tire rolling noise lower than 1 000 Hz is mostly caused by the impact vibration of the tire pattern. The developed method provides a powerful tool to predict the rolling noise, especially for the rolling noise of patterned tires.【期刊名称】《噪声与振动控制》【年(卷),期】2015(000)004【总页数】5页(P20-24)【关键词】振动与波;子午线轮胎;滚动接触;滚动噪声;FEM;混合拉格朗日欧拉方法【作者】冯希金;危银涛;项大兵;范成建【作者单位】清华大学汽车安全与节能国家重点实验室，北京 100084;清华大学汽车安全与节能国家重点实验室，北京 100084;清华大学汽车安全与节能国家重点实验室，北京 100084;清华大学汽车安全与节能国家重点实验室，北京100084【正文语种】中文【中图分类】U461;TB942滚动接触噪声在汽车工程领域引起越来越多的重视。

FlowVision软件在轮胎噪声仿真中的应用赵崇雷1，2，侯丹丹3，廖发根3，穆龙海1，危银涛2[1.易瑞博科技（北京）有限公司，北京　100084；2.清华大学汽车安全与节能国家重点实验室，北京　100084；3.中策橡胶集团有限公司，浙江杭州　310018]摘要：基于FlowVision流体仿真软件，采用流固耦合方法对轮胎的近场噪声进行数值模拟。

流场可视化结果给出了滚动轮胎周围流场的运动情况。

对比近场噪声仿真与试验声压级结果可知：试验和仿真结果有明显的指向性；90°测点仿真频谱与试验结果的峰值频率误差仅为4～8 Hz，试验、仿真与理论计算结果具有良好的一致性。

关键词：轮胎噪声；FlowVision软件；噪声仿真；流固耦合；节距噪声中图分类号：TQ336.1；TB533＋.2 文章编号：1006-8171（2020）02-0124-04文献标志码：A DOI：10.12135/j.issn.1006-8171.2020.02.0124轮胎噪声是汽车噪声非常重要的来源之一，尤其是汽车行驶速度达到70 km·h-1以上时，轮胎噪声占据了汽车噪声的主要部分[1-2]，因此降低轮胎噪声已成为降低汽车噪声的重要手段。

世界各国相继出台了专门的轮胎噪声限制法规，尤其是欧盟于2012年开始实施的轮胎标签法对轮胎噪声提出了更加苛刻的要求。

面对日益严苛的法规环境，研究轮胎降噪技术、开发低噪声绿色环保轮胎是学术界和企业面临的一项紧迫任务。

轮胎噪声的产生机理非常复杂，主要包括了与空气动力相关的泵浦噪声、空气柱共鸣噪声、赫姆霍兹共振噪声、空气紊流噪声以及与振动相关的胎面冲击振动噪声、花纹块粘滑振动噪声和粘吸振动噪声[3]。

目前业界对各种噪声机理所占轮胎噪声的比例没有一个准确的定论。

项大兵等[4]创建了复杂花纹轮胎模型，并采用混合拉格朗日-欧拉（MLE）方法对3款轮胎的冲击振动噪声进行仿真，取得了良好的效果。

710 轮　胎　工　业2019年第39卷轮胎仿真后处理程序的开发李亚东1，宁卫明2，葛　超1，罗吉良２，李红卫1[1.特拓（青岛）轮胎技术有限公司，山东青岛266061；2.山东丰源轮胎制造股份有限公司，山东枣庄277300]摘要：以在Abaqus软件中进行的充气轮胎接地印痕有限元仿真为例，开发了专用的后处理桌面程序。

使用该程序进行有限元分析的后处理工作，可以根据需求自动生成分析报告并制作其他分析软件接口的文件，能极大地提升轮胎有限元仿真工作的效率及便捷性。

关键词：轮胎；接地印痕分析；后处理；有限元仿真中图分类号：TQ336.1＋1；O241.82 文章编号：1006-8171（2019）12-0710-03文献标志码：A DOI：10.12135/j.issn.1006-8171.2019.12.0710Abaqus是国际公认的大型通用非线性有限元分析软件之一，广泛应用于机械制造、石油化工、航空航天、汽车交通、土木工程、国防军工、水利水电、生物医学、电子工程、能源、地矿、造船以及日用家电等工业和科学研究领域[1-2]。

Abaqus软件在轮胎行业也有非常广泛的应用，其丰富的材料和单元库为轮胎性能的相关分析提供了非常关键的技术。

由于Abaqus软件的通用性，对于轮胎性能相关分析并没有提供专用的后处理功能，仿真人员在制作自定义的分析报告时，仍需要投入较大的时间成本。

因此本工作以充气轮胎接地印痕仿真为例，提供一种提高Abaqus应用后处理工作效率的程序开发思路。

1　开发工具介绍1.1　Python语言作为目前最流行的开源编程语言之一，Python的简洁性、易用性及高开发效率使其受到越来越多用户的青睐。

Abaqus软件为用户提供了基于Python语言的脚本编程环境，并且在Python原有库函数的基础上进一步扩展，通过调用这些库函数，可绕过Abaqus/CAE界面，直接操纵Abaqus 的内核程序，能够实现快速前处理建模及后处理功能[3-4]。

轮胎噪声影响因素及低噪声轮胎设计方法以轮胎噪声影响因素及低噪声轮胎设计方法为标题，本文将探讨轮胎噪声的影响因素，并介绍一些低噪声轮胎的设计方法。

一、轮胎噪声的影响因素1. 轮胎花纹设计：轮胎的花纹设计会直接影响噪声的产生。

一般来说，花纹越粗糙，噪声也会相应增加。

因此，低噪声轮胎通常采用较为平滑的花纹设计，以减少轮胎与地面的摩擦声。

2. 轮胎材料：轮胎的材料也是影响噪声的重要因素之一。

硬度较高的轮胎材料会导致更大的振动和噪声。

因此，低噪声轮胎通常采用较为柔软的材料，以减少振动和噪声的产生。

3. 轮胎结构：轮胎的结构设计也会对噪声产生影响。

例如，轮胎的胎内结构、胎侧设计等都会对噪声产生一定的影响。

低噪声轮胎通常采用一些降噪措施，如增加胎内隔音层、优化胎侧结构等，以降低噪声的产生。

4. 轮胎的使用状态：轮胎的使用状态也会对噪声产生影响。

例如，轮胎的磨损程度、气压的调整等都会对噪声产生一定的影响。

低噪声轮胎需要经过精确的设计和合理的使用来确保其低噪声的效果。

二、低噪声轮胎的设计方法1. 优化花纹设计：低噪声轮胎的花纹设计应尽量减少花纹块之间的共振效应和空气流动噪声。

通过减少花纹块的尺寸和间距，可以降低轮胎与地面的摩擦声。

此外，还可以采用不规则花纹、交错花纹等设计方式，进一步减少噪声的产生。

2. 采用降噪材料：在轮胎的内部和侧壁中加入降噪材料，如隔音材料、吸音材料等，可以有效降低振动和噪声的产生。

这些材料可以吸收振动能量，减少噪声的传播。

3. 优化轮胎结构：通过优化轮胎的胎内结构和胎侧设计，可以降低轮胎的振动和噪声。

例如，增加胎内隔音层的厚度，可以减少振动的传递；优化胎侧结构，可以减少胎侧的共振效应。

4. 合理使用和保养轮胎：合理调整轮胎的气压，保持轮胎的良好状态，可以减少噪声的产生。

过高或过低的气压都会增加轮胎的振动和噪声。

此外，定期检查轮胎的磨损情况，及时更换磨损严重的轮胎，也是降低噪声的有效方法。

总结：轮胎噪声是车辆行驶中常见的噪声源之一，其影响因素包括花纹设计、材料、结构和使用状态等。