基于轮胎/路面耦合噪声的多孔沥青路面功能性养护时机研究

The void clogging in porous asphalt pavement has direct effects on the drainage performance and noise reduction performance, Up to date, although many researches have been focused on the functional maintenancing time of porous asphalt pavement through permeability, rare attentions have been paid on the research of the functional maintenancing time of porous asphalt pavement through tire/road noise.. By the research of porous asphalt mixture specimen void space distribution through spiral CT technology or fault section image processing techniques, fractal characteristics of air void spatial distribution in the mixture specimen are gained. Through indoor simulation experiment, the relationships of fractal characteristics of air void spatial distribution in the mixture specimen to permeability and absorption coefficient are studied respectively, thus the indoor relationship models between permeability and absorption coefficient will be established ; Study the sound generation mechanism of tire tread patterns and pave texture , under the circumstances of different porositiy and air void quantity, using the large deformation theory and gas-structure coupling theory to simulate the cavity real situation generated by tire/road coupled and its its sound field characteristics, consequently the tire/road sound generation prediction model including the relationship of noises changing with porosity and air void quantity , furthermore comparing this model with the noise trailer CPX experimental results, sequentially establishing the outdoor relationship model between porous asphalt pavement permeability and multi-scale fractal feature of noise, research results will provide theoretical foundation of the functional maintenancing time of porous asphalt pavement based on noise.

多孔沥青路面空隙堵塞直接影响排水性能和降噪性能，目前，基于渗水系数的多孔沥青路面功能性养护时机研究较多，而基于轮胎噪声的多孔沥青路面功能性养护时机研究较少。. 通过螺旋CT图像处理技术对多孔沥青混合料试件空隙空间分布规律的研究，得到混合料试件空隙空间分布的分形特征；通过室内模拟试验，分别研究混合料试件空隙分布特征与渗水系数和吸声系数的关系，从而建立多孔沥青路面渗水系数与吸声系数的室内关系模型；研究轮胎花纹和路面纹理的发声机理，在不同空隙率和空隙数量情况下，采用大变形理论和气-固耦合理论来模拟胎/路耦合所产生的空腔真实情况及其声场特征；建立包含噪声随空隙率和空隙数量变化关系的轮胎/道路的发声预测模型，并与噪声拖车CPX试验结果进行对比，从而建立多孔沥青路面渗水系数与噪声多尺度分维特征的室外关系模型；研究结果将为基于噪声的多孔沥青路面功能性养护时机提供理论基础。

本项目主要研究基于轮胎路面耦合噪声的排水路面养护时机判断。.首先通过螺旋CT图像处理技术对多孔沥青混合料试件空隙空间分布规律的研究，得到混合料试件空隙空间分布的分形特征；为较全面描述沥青混合料内部空隙的分布状态，引入多重分形理论，提出了2D截面及3D空间空隙分布的计算方法。研究结果表明：2D截面空隙分布具有多重分形特性；分形谱峰值f(α)max从整体反映了空隙填充空间的能力，峰值越大，其空隙率越大，分形谱谱宽α越大，表明空隙分布越不均匀，分形谱两侧高差f越大，表明局部空隙越以大面积集中。然后从路面纹理和轮胎花纹耦合的观点出发，将轮胎和道路的噪声波合成得到总的时域波形，通过离散傅立叶变换得到轮胎/道路噪声的频谱，得出了时域耦合因子行阵和频域耦合因子行阵；将轮胎模拟为弹性支承的预张力薄板模型，用格林函数法求解薄板的运动方程，结合边界元法计算声场的基本公式，建立了轮胎振动发声的数值计算模型及仿真系统。.实验研究了车速80km/h时，车辆内部噪声与路面平均构造深度之间的关系和车辆外部噪声与路面平均构造深度之间的关系。实验测试用3种轮胎（光面轮胎，夏天用轮胎，冬天用轮胎），2种路面结构，这两种路面具有相似的宏观构造，但是具有不同的微观构造，分别测试一种轮胎在一种路面上以50km/h的速度行驶时的胎/路噪声级，共测得6组实验数据。比较每种轮胎在2种不同路面上行驶时的胎/路噪声级最后根据以上实验得到路面纹理波长与胎/路噪声谱之间的关系，从而可以根据这种关系设计特殊的人工路面纹理，例如，已经设计出兼具抗滑和低噪的人工纹理，并在真实路面上得到了验证。在不牺牲摩擦的情况下，该人工纹理使轮胎/道路噪音降低高达3分贝，轮胎/道路滚动阻力降低高达15%。.采用表面声阻抗方法测试双层多孔混合料试件的吸声系数，并对比剪切、拉拔强度等指标，分析了乳化沥青用量和底层空隙率对吸声系数及层间黏结性能的影响。优化了双层多孔路面的吸声效果，同时具有更为显著的抗飞散和抗弯拉性能。该结构实现了混合料降噪功能和路用性能的双重提升。研究了轮胎硬度和噪声测试拖车两个因素对噪声测量精度的影响，提高了轮胎道路噪声测量精度。.研究成果为基于轮胎/道路噪声的多孔沥青路面养护时机的确定提供一定的理论依据。