Análisis de Modos Naturales y Sensibilidad de Componentes del Neumático para Optimización de Ruido y Confort

Abstract

El desarrollo moderno de neumáticos implica la evaluación de los mismos tanto de manera subjetiva, llevada a cabo por un piloto profesional, como objetiva mediante la utilización de instrumentos de medición que permitan evaluar la variable de desempeño de interés. Debido a que la fabricación de una nueva especificación de un neumático y su posterior evaluación es costosa y demandante de tiempo, se recurre a la simulación numérica para predecir el comportamiento de distintas construcciones.
El aire dentro de la cavidad del neumático permite el desarrollo de ondas estacionarias, estas pueden ocurrir en el rango de frecuencias de los 200 a 250 Hz en el caso de neumáticos de pasajeros. Las ondas estacionarias son capaces de interactuar con la llanta del vehículo y transmitir vibración a través del sistema de suspensión y de este modo disiparse en forma de radiación sonora dentro del habitáculo del automóvil afectando el ruido interno del mismo. Se presenta aquí la aplicación de un modelo de elementos finitos con acoplamiento acústico-estructural para determinar las frecuencias de cavidad propias del neumático. Los resultados fueron validados de manera experimental mediante la utilización de instrumentos de acelerometría y micrófonos.
También se realiza el análisis modal del neumático en estudio bajo diversas condiciones (libre, bajo carga y en servicio), para luego determinar la capacidad de cada componente del neumático a variar la frecuencia natural y la masa generalizada asociada a los modos de interés cuando se modifica la masa y/o rigidez de los mismos. Los modos a optimizar son aquellos coincidentes con las frecuencias en las cuales se desea disminuir el nivel de ruido o aquellos que el fabricante del vehículo considera críticos para la estructura del mismo. Una vez determinadas las sensibilidades de cada componente se establece cuales son los que más peso tienen a la hora de modificar la frecuencia natural y aumentar la masa generalizada del o los modos a optimizar.
Este tipo de análisis resulta de especial interés en el desarrollo de nuevos neumáticos para abastecer a terminales automotrices.