多孔沥青路面空隙降噪机理研究

摘要

目前在多孔沥青路面空隙降噪机理方面，大多只研究空隙率与吸声系数的关系，而忽略了其他空隙参数如空隙半径、空隙长度等对多孔沥青路面吸声系数的影响。单一的空隙率参数并不能表征混合料的所有空隙信息，因此有必要研究空隙半径、空隙长度等空隙参数对路面噪声的影响。
　　 首先，利用ABAQUS有限元软件建立了205/50R16半钢子午线纵沟花纹轮胎模型，对其进行了力学特性分析，验证了所建模型的合理性，利用声学边界元法求解出轮胎/路面振动噪声辐射声场，提供了求解轮胎路面振动噪声辐射声场的方法以及模型。
　　 其次，以OGFC-13为载体，制备了三组具有不同空隙率的多孔沥青混合料试件，运用数码拍照技术获取了多孔沥青混合料试件的断面图，利用数字图像处理技术对原始图片进行图像增强、平滑和分割，获取了多孔试件的空隙参数信息，为分析空隙参数对路面吸声系数以及辐射声场的影响提供空隙参数。
　　 最后，结合已有的多孔沥青混合料吸声系数理论模型，运用MATLAB编程研究了空隙参数与多孔沥青混合料吸声系数的关系，并利用模拟退火算法对频率段为250～1000Hz（交通噪声的主要频率范围）多孔沥青混合料进行了优化设计，求解出达到最大吸声性能的空隙参数组合，并利用边界元方法对优化前后的空隙参数对轮胎/路面振动噪声的影响进行分析。
　　 本文的研究揭示了现有的将多孔沥青混合料优良的降噪性能仅归于空隙率是不恰当的，多孔沥青混合料的吸声性能是空隙半径、空隙长度、空隙率综合作用的结果。此外，利用模拟退火算法优化后的空隙参数结果表明，在交通噪声的主要频率范围250～1000Hz内，达到最大降噪性能的空隙参数组合为空隙半径2mm、空隙长度4cm、空隙率19％，为此在进行多孔沥青混合料级配设计时，建议选择最大粒径相对较小的级配。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景及意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 轮胎/路面噪声来源及产生机理

1．2．2 轮胎/路面噪声增强机理

1．2．3 沥青混合料空隙参数研究现状

1．2．4 多孔沥青路面空隙降噪机理研究现状

1．3 本文的研究内容及技术路线

第二章 轮胎/路面振动噪声辐射声场求解与分析

2．1 轮胎有限元模型的建立

2．1．1 本文选取的轮胎类型简介

2．1．2 橡胶本构模型

2．1．3 橡胶-帘线材料模型

2．1．4 单元类型选取

2．1．5 胎体有限元模型

2．2 轮胎力学特性分析

2．2．1 轮胎静态分析

2．2．2 轮胎稳态滚动工况

2．3 轮胎模态分析

2．4 轮胎／路面振动辐射声场求解及分析

2．4．1 声学Helmholtz波动方程

2．4．2 轮胎/路面噪声振动辐射声场结果分析

2．5 本章小结

第三章 多孔沥青路面空隙参数获取及表征

3．1 多孔沥青混合料试件制备

3．1．1 多孔沥青混合料材料组成及特性

3．1．2 多孔沥青混合料试件制备

3．2 数字图像处理技术获取沥青混合料空隙信息

3．2．1 数字图像处理技术

3．2．2 沥青混合料数字图像处理

3．3 多孔沥青混合料空隙分布描述的基本参数

3．4 多孔沥青混合料空隙特征提取图像分析

3．5 本章小结

第四章 空隙参数对多孔沥青混合料吸声系数的影响

4．1 多孔材料理论模型

4．1．1 多孔材料经验模型

4．1．2 多孔吸声材料微观结构模型

4．1．3 多孔吸声材料唯象模型

4．2 多孔沥青混合料吸声系数理论模型

4．2．1 声传播粘滞效应

4．2．2 声传播热传导效应

4．3 多孔沥青混合料吸声系数理论计算

4．3．1 传递矩阵

4．3．2 多孔沥青混合料吸声系数理论模型及验证

4．4 空隙参数对多孔沥青混合料吸声系数的影响

4．4．1 空隙率对多孔沥青路面吸声系数影响分析

4．4．2 空隙半径对多孔沥青路面吸声系数影响分析

4．4．3 空隙长度对多孔沥青路面吸声系数影响分析

4．5 本章小结

第五章 基于模拟退火算法的空隙参数优化

5．1 组合最优化问题的提出

5．1．1 最优化理论与算法

5．1．2 组合最优化问题的提出

5．2 模拟退火算法

5．2．1 退火过程物理描述

5．2．2 模拟退火算法的原理

5．2．3 模拟退火算法步骤

5．3 基于模拟退火的空隙参数优化

5．3．1 优化参数

5．3．2 空隙参数优化过程

5．4 空隙参数优化前后对噪声辐射声场影响

5．4 本章小结

第六章 结论与展望

6．1 主要研究结论

6．2 主要创新点

6．3 进一步研究建议

参考文献

致谢