轮胎是车辆中典型的振动系统,能够吸收路面不平带来的冲击,直接影响车辆系统的舒适性、操纵稳定性及噪声。由于轮胎结构的复杂性以及车辆行驶工况的多变性,迄今为止还没有一个理论模型能够完全反映出轮胎在各个频段上的振动特性。因此本文通过建立考虑轮胎高阶弯曲振动的三维轮胎圆柱壳模型,研究轮胎在0-300 Hz低频及300-500 Hz高频段的振动特性。首先,基于Love圆柱壳模型建立三维轮胎物理模型,将胎面及带束层简化为具有宽度和厚度的三维弹性壳体,充分考虑了带束层单元在切向、横向上的正应变,胎侧在三个方向上的弹性,以及充气压力产生的横/周向预应力。模型不仅能够计算轮胎在低频段内发生的面内、外弯曲和扭转,还能够表达胎面在子午线截面方向的高频弯曲变形。通过考虑轮毂的6个自由度,使轮毂也被纳入模型中。通过拉格朗日方程建立轮胎运动微分方程。其次,利用二元傅里叶级数构造带束层弯曲振动位移函数,借助三角函数正交性将运动微分方程矩阵化,进而使用模态展开法求解0-500 Hz内对应阶数下的固有频率,并绘制相对应的固有振型。同时,还提出了一组能够描述带束层径、侧向固有振型的简化位移函数,借助Rayleigh-Ritz法高效求解轮胎250 Hz以下低频振动模态,提高了计算效率。第三,通过锤击法分别对处于自由悬置及轴头固定状态的轮胎进行模态实验。轮胎尺寸为205/55 R16,激振力由力锤产生,激振点位于胎面中心线及胎肩,由三向加速度传感器收集均匀分布在胎面的60个位置的响应信号,用频率分析仪测量数据进行分析。理论结果与实验结果吻合良好,最大误差小于10%。最后,分析了轮胎物理参数对固有频率的影响。发现不同模态下材料参数对于固有频率的影响不同,带束层密度及轮胎各向刚度主要影响轮胎低阶振动频率,而带束层密度、弹性模量及泊松比则主要影响胎面高频横向振动频率。本文建立了充分考虑带束层宽度和厚度及侧向正应变和切、侧向预应力的三维轮胎-轮毂振动模型,提出了新的带束层切向、径向和横向振动位移函数。模型不仅能够计算低阶面内、外振动固有频率,还能够预测带束层横向可能发生的中、高频弯曲振动。模型计算高效、准确,为研究轮胎在0-500 Hz频段上的振动行为提供了一种可供借鉴的思路和方法。