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原文传递基于胎/路耦合的沥青路面抗滑性能研究

论文题名：	基于胎/路耦合的沥青路面抗滑性能研究
关键词：	胎/路耦合;抗滑性能;粘弹性;表面功率谱;沥青路面;近似计算
摘要：	道路交通安全问题是亟待解决的世界性难题，轮胎与道路间抗滑能力不足是导致道路交通事故的一个重要原因，胎/路摩擦系统的摩擦副共同决定行车抗滑，但是目前主要是单方面研究轮胎抗滑而忽视路面的影响或单方面研究路面抗滑而对轮胎影响的考虑严重不足。而在轮胎和路面相互作用和相对运动过程中，胎面橡胶和路面表面纹理之间的接触最直接最具体，并且二者的各自特性及其耦合作用成为胎/路摩擦的物质基础和本质根源。因此，为提高行车安全性，有必要基于胎面橡胶粘弹特性和路面表面纹理特性及其相互作用特性揭示胎/路耦合抗滑机理，并据此分析沥青路面的抗滑性能。　　为达到上述研究目的，首先，在国内外第一次提出了分段变维分形表面的功率谱近似计算理论:分析了将表面纹理高程信息转换为对应自相关函数，进而通过傅里叶变换获得表面功率谱密度的数学方法;讨论了用于解决兼具复杂性与自相似性的表面纹理特性的分形理论，并探讨了分形维数的物理意义和求解方法;从常维分形表面功率谱计算式的推导入手，着重推导了具有分段变维分形特性的复杂表面的功率谱计算公式，并首次提出了功率谱形式因子和分段变维分形递推比例因子的概念;验证了分段变维分形表面功率谱近似计算理论的正确性，并分析指出其适用于研究沥青路面的表面纹理特性。　　其次，基于Persson理论构建了胎/路耦合摩擦模型:提出了胎/路耦合摩擦的概念，并探究了其耦合机理;分析了胎面橡胶的粘弹特性和沥青路面表面纹理的分段变维分形特性;通过将Persson理论和分段变维分形表面功率谱近似计算理论相结合，主要研究建立了基于沥青路面表面分段变维分形的胎/路摩擦理论模型。考虑到温度对胎面橡胶的粘弹性有显著影响，还探索了胎面橡胶的频温反向等效特性，并利用热传递微分方程推导出了考虑温度影响的胎/路耦合摩擦模型。　　再次，研究了胎/路耦合摩擦模型的仿真计算和影响特性:讨论了选用Python对胎/路耦合摩擦模型进行数值计算的途径;采用灰关联熵分析法就诸因素对胎/路耦合摩擦的相对影响程度进行了分析和排序;考查了速度、温度、路面纹理分形维数、胎面橡胶松弛时间等各因素对胎/路耦合摩擦的影响规律。　　最后，通过试验验证了胎/路耦合摩擦理论模型的准确性:提出了利用DF仪室内测量沥青路面试样表面动态摩擦系数的试验方法;采用InfinitFocus自聚焦三维表面测量仪，提取了四种典型级配类型沥青混合料试样的分段分形维数值从而证明了沥青路面表面纹理具有分段分形特性;对比分析了胎/路耦合摩擦模型的理论计算结果和经室内试验实测得到的滑动摩擦系数，结果表明，基于沥青路面分段变维分形特性建立的胎/路耦合摩擦模型合理、可靠，具有优越性。
作者：	杨发
专业：	交通运输工程
导师：	刘清泉
授予学位：	博士
授予学位单位：	东南大学
学位年度：	2014
正文语种：	中文