胎/路多场耦合作用下沥青路面摩擦磨损机理研究

Good tribological performance of asphalt pavement is the precondition for the safety of driving vehicles, that has an important impact on social economy. Our country's highway development history is not long, there has shortage in pavement tribology study. The tribological performance of asphalt pavement attenuate quickly once the road come into service. In this study, firstly, micro structure and surface properties of the tire and asphalt pavement are analysized, three-dimensional single model and integral contact model are established, and then the physical, chemical and thermodynamic performance on tire/road interface are analysized essentially. Secondly, based on the nano tribology principle，the tribological performances of tire/road interface is studied with molecular dynamics simulation, and the coupling action of surface structure，load and environment are considered. The mechanical response characteristics of the tribological behavior such as friction, wear and lubrication are studied frome atomic scale and molecular scale. Lastly, tribological performance evolution of asphalt pavement is studied with molecular dynamics simulation. Relation of micro material properties and the macro structural damage is explored, the tribological performance evolution discipline of asphalt pavement and attenuation mechanism are studied, and the friction and wear life prediction model is established. These provide effective research techniques for friction and wear properties assessment and life prediction for highway asphalt pavement.

良好的路面摩擦学性能是保障行车安全的前提条件，对社会经济有着重要的影响。我国公路发展历程不长，对于路面摩擦学性能演化规律认识不足，缺乏对多种因素不同演化模式的综合分析，通车后路面摩擦学性能随着车辆磨耗衰减很快。因此本研究首先在纳米尺度上解析轮胎和沥青路面的微观构造和表面特性，建立三维单体模型和整体接触模型，从本质上解析胎/路界面物理、化学和热力学特性；然后基于纳米摩擦学原理，考虑轮胎和沥青路面表面构造、荷载和环境的耦合作用，对胎/路界面摩擦磨损性能进行分子动力学模拟分析，从原子、分子尺度揭示界面摩擦、磨损和润滑等摩擦学行为的力学响应特征；最后进行多场耦合作用下沥青路面摩擦磨损性能演化的分子动力学模拟，探索材料微观性能变化与宏观结构损伤间的联系，研究沥青路面摩擦磨损性能演化规律及衰减机理，建立摩擦磨损寿命预测模型。从而为高速公路沥青路面的摩擦磨损性能评估和寿命预测提供有效的研究手段。

路面摩擦学性能对道路安全和社会经济有着重要的影响，轮胎与路面摩擦的作用机制复杂，是一个广泛的固液多相间的物理化学和力学过程，影响因素众多，在不同尺度下表现出不同的行为特征，缺乏对其机理的研究。.本研究依据纳米摩擦学、表面界面科学、岩石力学等理论基础，结合微宏观表面模拟分析技术，在不同尺度上开展沥青路面摩擦磨损性能仿真及试验研究，对路面摩擦学性能的行为特征、作用、机理和影响因素等进行分析，为沥青路面摩擦磨损性能的性能评估和寿命预测提供了有效的研究手段。.首先采用分子动力学模拟方法，确定了轮胎与路面摩擦接触模型的初始结构——二氧化硅为固定基底和异戊二烯为匀速滑动单链结构。对轮胎与路面间的微观摩擦学性能进行模拟分析。本文主要对摩擦学性能主要参数摩擦系数进行研究，分析速度、温度与摩擦系数之间的关系。模拟结果显示，摩擦系数随着速度的增大而减小，且与温度之间存在峰值关系。轮胎与路面的微观摩擦不仅与表面势能相关还和异戊二烯分子形态有关。.然后使用非接触式光学表面轮廓仪采集不同集料的表面微观构造形貌，计算多种反映表面形貌不同方面特征的参数，通过这些参数检验不同集料间的表面微观构造差异性，并测量不同集料表面的抗滑性能，对集料表面的微观构造特征与抗滑性能的演化进行关联分析，建立集料微观构造特征与抗滑性能的评价模型。.最后使用三角激光扫描技术对沥青路面表面宏观构造进行三维重构，针对现有的路面表面宏观构造特征参数无法表征路面构造的三维分布形态的问题，提出一种新的三维表征方法，能够可视化的展示路面宏观构造的分布密度，并通过计算，准确反映宏观构造随构造深度的变化情况。在路面三维数值模型基础上建立轮胎-路面接触模型，结合数值模拟的方法分析路面集料宏观尺度下的磨损退化规律。