本發(fā)明屬于瀝青路面降噪領(lǐng)域，涉及一種噪聲評(píng)價(jià)方法，尤其涉及一種利用輪地接觸壓力評(píng)價(jià)行車振動(dòng)噪聲的方法。

背景技術(shù)：

隨著交通量的急劇增長(zhǎng)，城市的交通噪聲問(wèn)題日益嚴(yán)重。輪胎-路面噪聲是交通噪聲中非常重要的來(lái)源之一。從產(chǎn)生機(jī)理的角度來(lái)看，輪胎-路面噪聲包含了振動(dòng)噪聲和氣動(dòng)噪聲兩類。當(dāng)車輛在城市擁擠交通環(huán)境中低速行駛時(shí)，振動(dòng)噪聲所占的比例較高，因此減弱行車振動(dòng)噪聲可以在一定程度上改善城市交通聲環(huán)境。

目前，對(duì)于低噪瀝青路面的研究已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，瀝青路表形態(tài)特性，包括集料粒徑、形狀、級(jí)配等因素，對(duì)行車振動(dòng)噪聲和行車氣動(dòng)噪聲都有很大的影響。然而，由于路表形態(tài)特性過(guò)于細(xì)觀，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)的方法，研究其對(duì)行車振動(dòng)噪聲的影響十分困難。

為此，山西省交通科學(xué)研究院提出利用離散元模擬路表形態(tài)，運(yùn)用力學(xué)計(jì)算的方法評(píng)價(jià)行車振動(dòng)噪聲的方法。離散元建模軟件可以模擬特定級(jí)配、特定集料粒徑和特定集料形狀的瀝青混合料試件。利用離散元建模，計(jì)算路面模型與車輪模型之間的垂直接觸壓力，通過(guò)接觸壓力的波動(dòng)性來(lái)評(píng)價(jià)行車振動(dòng)噪聲的大小，進(jìn)而可以研究瀝青路表形態(tài)特性對(duì)行車振動(dòng)噪聲的影響。

因此，開(kāi)發(fā)一種利用輪地接觸壓力評(píng)價(jià)行車振動(dòng)噪聲的方法對(duì)于低噪路面的設(shè)計(jì)、研究具有重要的意義。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于，提供一種運(yùn)用離散元模擬軟件，計(jì)算車輪與路面接觸壓力，從而評(píng)價(jià)行車振動(dòng)噪聲的方法，本發(fā)明旨在論證行車振動(dòng)噪聲與輪地接觸壓力之間的關(guān)系，用于解決目前低噪路面研究中，如何運(yùn)用離散元研究瀝青路表形態(tài)對(duì)行車振動(dòng)噪聲影響以及如何評(píng)價(jià)行車振動(dòng)噪聲。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

一種利用輪地接觸壓力評(píng)價(jià)行車振動(dòng)噪聲的方法，其特征在于：所述利用輪地接觸壓力評(píng)價(jià)行車振動(dòng)噪聲的方法包括以下步驟：

1)選取高噪聲瀝青路面和普通瀝青路面作為試驗(yàn)路，并進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)噪聲測(cè)試試驗(yàn)，得到現(xiàn)場(chǎng)行車振動(dòng)噪聲；所述現(xiàn)場(chǎng)噪聲測(cè)試試驗(yàn)的測(cè)試對(duì)象是車內(nèi)噪聲；

2)利用離散元顆粒流軟件建立試驗(yàn)?zāi)Ｐ?；所述試?yàn)?zāi)Ｐ桶访婺Ｐ鸵约败囕喣Ｐ?；所述路面模型包括高噪聲瀝青路面模型以及普通瀝青路面模型；

3)模擬一定車速下由車輪模型在路面模型上的行駛過(guò)程，計(jì)算車輪模型與路面模型之間垂直方向的接觸壓力，該接觸壓力是輪地接觸壓力；

4)通過(guò)步驟1)得到的現(xiàn)場(chǎng)行車振動(dòng)噪聲以及步驟3)所得到的輪地接觸壓力建立行車振動(dòng)噪聲與輪地接觸壓力的關(guān)系，輪地接觸壓力的波動(dòng)性越強(qiáng)，行車振動(dòng)噪聲越大：運(yùn)用統(tǒng)計(jì)學(xué)中的均方根誤差反映輪地接觸壓力的波動(dòng)性，所述輪地接觸壓力的波動(dòng)性是振動(dòng)系數(shù)k，振動(dòng)系數(shù)k的值越大，接觸壓力的波動(dòng)越強(qiáng)烈，行車振動(dòng)噪聲也越大，所述振動(dòng)系數(shù)k的計(jì)算方式如下：

式中：

f突變是接觸壓力的突變值；

f穩(wěn)定是接觸壓力的穩(wěn)定值；

n是發(fā)生突變的點(diǎn)位數(shù)。

作為優(yōu)選，本發(fā)明所采用的步驟1)中現(xiàn)場(chǎng)噪聲測(cè)試試驗(yàn)的試驗(yàn)方式是參照滑行法并結(jié)合《gb-1496機(jī)動(dòng)車輛噪聲測(cè)量方法》制定車內(nèi)噪聲的測(cè)量方法。

作為優(yōu)選，本發(fā)明所采用的車內(nèi)噪聲的測(cè)量方法的具體實(shí)現(xiàn)方式是：

選取桑塔納出租車作為實(shí)驗(yàn)車輛，測(cè)試人員手持聲級(jí)計(jì)坐在副駕駛位置；車內(nèi)噪聲采集區(qū)域長(zhǎng)20m，實(shí)驗(yàn)車輛在發(fā)動(dòng)機(jī)關(guān)閉和變速器空擋的情況下進(jìn)入噪聲采集區(qū)域，并沿中間線位置前行，以不同車速分兩次測(cè)量；使用聲級(jí)計(jì)“慢”檔測(cè)量a聲級(jí)。

作為優(yōu)選，本發(fā)明所采用的步驟2)中高噪聲瀝青路面模型以及普通瀝青路面模型的尺寸均是300mm×50mm×50mm。

作為優(yōu)選，本發(fā)明所采用的高噪聲瀝青路面模型以及普通瀝青路面模型的建立方法是：

a)用matlab軟件，根據(jù)matlab中的隨機(jī)多面體生成算法，實(shí)現(xiàn)多面體顆粒，生成txt文件；

b)在pfc3d內(nèi)生成瀝青路面模型的外圍墻體，以路面表面中心為坐標(biāo)原點(diǎn)，按照50mm×300mm×50mm(1+extend)的尺寸生成墻體，extend是高度擴(kuò)大系數(shù)，添加這一參數(shù)是為了方便后期的壓縮成型；

c)按照級(jí)配生成確定數(shù)量的基球；

d)txt文件多面體代替基球并結(jié)合成clump；給底面墻體速度使壓縮，當(dāng)顆粒間壓力為target_press時(shí)壓縮停止；

e)應(yīng)力清零。

作為優(yōu)選，本發(fā)明所采用的車輪模型的建立方法是：選用直徑為15±1mm的單元小球，將單元小球粘結(jié)組合成一個(gè)圓環(huán)塊體，模擬車輪；所述車輪模型的直徑是200mm，輪寬50mm。

作為優(yōu)選，本發(fā)明所采用的利用輪地接觸壓力評(píng)價(jià)行車振動(dòng)噪聲的方法在步驟4)之后還包括：

5)利用離散元軟件構(gòu)建不同瀝青路表形態(tài)特征的瀝青路面模型，模擬車輪的行駛過(guò)程，計(jì)算輪地接觸壓力；通過(guò)輪地接觸壓力評(píng)價(jià)行車振動(dòng)噪聲。

本發(fā)明所述的瀝青路表形態(tài)特征包括級(jí)配、集料形狀以及尺寸。

作為優(yōu)選，本發(fā)明所采用的離散元軟件是pfc3d。

本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是：

本發(fā)明提供了一種利用輪地接觸壓力評(píng)價(jià)行車振動(dòng)噪聲的方法，包括：1)選取高噪聲瀝青路面和普通瀝青路面作為試驗(yàn)路，并進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)噪聲測(cè)試試驗(yàn)，得到現(xiàn)場(chǎng)行車振動(dòng)噪聲；現(xiàn)場(chǎng)噪聲測(cè)試試驗(yàn)的測(cè)試對(duì)象是車內(nèi)噪聲；2)利用離散元顆粒流軟件建立試驗(yàn)?zāi)Ｐ?；試?yàn)?zāi)Ｐ桶访婺Ｐ鸵约败囕喣Ｐ停宦访婺Ｐ桶ǜ咴肼暈r青路面模型以及普通瀝青路面模型；3)模擬一定車速下由車輪模型在路面模型上的行駛過(guò)程，計(jì)算車輪模型與路面模型之間垂直方向的接觸壓力，該接觸壓力是輪地接觸壓力；4)通過(guò)步驟1)得到的現(xiàn)場(chǎng)行車振動(dòng)噪聲以及步驟3)所得到的輪地接觸壓力建立行車振動(dòng)噪聲與輪地接觸壓力的關(guān)系：輪地接觸壓力的波動(dòng)性越大，行車振動(dòng)噪聲越大。本發(fā)明選取一種典型的高噪音瀝青路面，選取一種普通的瀝青路面，分別進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)行車振動(dòng)噪聲測(cè)試。運(yùn)用離散元軟件，根據(jù)兩種路面的不同級(jí)配，分別建立路面模型，模擬車輪模型在路面模型上的行駛過(guò)程，計(jì)算輪地接觸壓力。對(duì)比試驗(yàn)結(jié)果和模擬結(jié)果，論證行車振動(dòng)噪聲與輪地接觸壓力的關(guān)系。基于這一結(jié)論，就可以利用輪地接觸壓力對(duì)行車振動(dòng)噪聲進(jìn)行評(píng)價(jià)。具體方法為：利用離散元軟件建立一定路表形態(tài)特征(級(jí)配、集料尺寸、形狀等)的路面模型；利用離散元軟件建立車輪模型；模擬一定車速下，車輪模型在路面模型上的行駛過(guò)程，計(jì)算輪地接觸壓力；分析輪地接觸壓力的波動(dòng)性，評(píng)價(jià)行車振動(dòng)噪聲，進(jìn)而可以研究瀝青路表形態(tài)特征對(duì)行車振動(dòng)噪聲的影響。本發(fā)明提供一種利用輪地接觸壓力評(píng)價(jià)行車振動(dòng)噪聲的方法，用于解決目前低噪路面研究中，如何運(yùn)用離散元研究瀝青路表形態(tài)對(duì)行車振動(dòng)噪聲影響以及如何評(píng)價(jià)行車振動(dòng)噪聲，這對(duì)于低噪路面的設(shè)計(jì)、研究具有重要的意義。

具體實(shí)施方式

下面對(duì)本發(fā)明所提供的技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。

第一步，分別選取高噪聲瀝青路面和普通瀝青路面作為試驗(yàn)路，進(jìn)行行車振動(dòng)噪聲測(cè)試。

對(duì)于車內(nèi)的駕駛員或乘客而言，在車內(nèi)環(huán)境處于封閉的狀態(tài)時(shí)，車內(nèi)噪聲能夠較好地反映行車振動(dòng)噪聲，因此，現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試試驗(yàn)的測(cè)試對(duì)象是車內(nèi)噪聲。根據(jù)實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，進(jìn)行過(guò)微表處養(yǎng)護(hù)的路段，其車內(nèi)噪聲要明顯大于普通瀝青路面的車內(nèi)噪聲，因此選取微表處路段(高噪聲瀝青路面)和普通的sma-10路段(普通瀝青路面)進(jìn)行車內(nèi)噪聲測(cè)試。

參照滑行法，并結(jié)合《gb-1496機(jī)動(dòng)車輛噪聲測(cè)量方法》制定車內(nèi)噪聲的測(cè)量方法：選取桑塔納出租車作為實(shí)驗(yàn)車輛，測(cè)試人員手持聲級(jí)計(jì)坐在副駕駛位置。車內(nèi)噪聲采集區(qū)域長(zhǎng)20m，實(shí)驗(yàn)車輛在發(fā)動(dòng)機(jī)關(guān)閉和變速器空擋的情況下進(jìn)入噪聲采集區(qū)域，并沿中間線位置前行，分兩次測(cè)量，第一次車速控制在80km/h，第二次車速控制在40km/h。使用聲級(jí)計(jì)“慢”檔測(cè)量a聲級(jí)。在目前道路噪聲的研究中，桑塔納出租車被作為標(biāo)準(zhǔn)車而使用，當(dāng)然使用其它型號(hào)的出租車也是可行的，本發(fā)明采用桑塔納出租車，其目的在于與國(guó)內(nèi)外大多數(shù)的研究相統(tǒng)一。

第二步，利用離散元顆粒流軟件建立模型。

采用離散元顆粒流軟件pfc3d構(gòu)建微表處路面模型、sma-10路面模型以及車輪模型。路面模型尺寸為300mm×50mm×50mm；車輪模型直徑為200mm，輪寬50mm。路面模型建立步驟：

1.用matlab軟件實(shí)現(xiàn)多面體顆粒，生成txt文件；

2.在pfc3d中生成50mm×300mm×50mm的墻體，高度擴(kuò)大extend，便于壓縮；

3.利用擴(kuò)大粒徑法，按照級(jí)配生成確定數(shù)量的基球；

4.txt文件多面體代替基球并形成clump；給底面墻體速度使壓縮，當(dāng)顆粒間壓力為target_press時(shí)壓縮停止；

5.應(yīng)力清零。

路面模型構(gòu)建完成之后，下一步就是構(gòu)建車輪模型，本發(fā)明通過(guò)選用直徑15mm左右的單元小球，將其粘結(jié)組合成一個(gè)圓環(huán)塊體，從而模擬車輪。

第三步，模擬車輪在路面上的行駛過(guò)程，計(jì)算輪地接觸壓力，建立行車振動(dòng)噪聲與輪地接觸壓力的關(guān)系。

路面模型的長(zhǎng)邊方向設(shè)置為y軸方向，車輪的豎直受力方向?yàn)閦軸方向。首先，設(shè)置車輪沿路面行駛時(shí)車輪中心的起始位置startpos和終止位置endpos，將起始位置坐標(biāo)設(shè)為(0，-0.125，0)，終止位置坐標(biāo)設(shè)為(0，0.125，0)。給車輪y向速度cl_yvel和旋轉(zhuǎn)角速度cl_rxvel，使車輪沿著y軸方向從startpos運(yùn)行到endpos，保存車路之間的接觸壓力，將其保存于his文件中。最后導(dǎo)入到excel中進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，繪制成接觸壓力波動(dòng)圖。

當(dāng)車輪在光滑路面上滾動(dòng)時(shí)，車輪和路面之間的接觸壓力是一個(gè)穩(wěn)定的值。瀝青路表的顆粒性使輪地接觸壓力不能始終維持穩(wěn)定，會(huì)在部分接觸點(diǎn)位上產(chǎn)生突變。這些突變的力導(dǎo)致了車輪與路面之間的振動(dòng)，從而產(chǎn)生行車振動(dòng)噪聲。從模擬結(jié)果來(lái)看，不管是在80km/h還是在40km/h的車速狀態(tài)下，微表處路面的輪地接觸壓力的波動(dòng)性均要明顯強(qiáng)于sma-10路面。結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)的結(jié)果：微表處路面的行車振動(dòng)噪聲要高于sma-10路面，可以建立行車振動(dòng)噪聲與輪地接觸壓力的關(guān)系，即：車輪-路面接觸壓力的波動(dòng)性越大，行車振動(dòng)噪聲越大。

基于上述關(guān)系，根據(jù)輪地接觸壓力就可以對(duì)行車振動(dòng)噪聲進(jìn)行評(píng)價(jià)，進(jìn)而利用離散元軟件，通過(guò)控制瀝青路表形態(tài)特征(級(jí)配、集料形狀、尺寸等)，可以研究瀝青路表形態(tài)特征對(duì)行車振動(dòng)噪聲的影響，下面結(jié)合具體的實(shí)施例進(jìn)行說(shuō)明。

實(shí)施例：針片狀顆粒含量對(duì)行車振動(dòng)噪聲的影響

第一步，利用matlab軟件實(shí)現(xiàn)隨機(jī)形狀的針片狀顆粒(長(zhǎng)寬高比例為3：1：1)和規(guī)則狀顆粒(長(zhǎng)寬高比例為1：1：1)。

第二步，在pfc3d內(nèi)生成瀝青路面模型的外圍墻體，以路面表面中心為坐標(biāo)原點(diǎn)，按照50mm×300mm×50mm(1+extend))的尺寸生成墻體，extend是高度擴(kuò)大系數(shù)。利用擴(kuò)大粒徑法生成一定數(shù)量的針片狀顆粒和規(guī)則狀顆粒，控制針片狀顆粒含量分別為0％、10％、15％、20％，生成四種路面模型，所選用級(jí)配為常用的ac-13。

第三步，構(gòu)建車輪模型，模擬一定車速下車輪在路面上的行駛過(guò)程。保存車路之間的接觸壓力。運(yùn)用統(tǒng)計(jì)學(xué)中的均方根誤差反映輪地接觸壓力的波動(dòng)性，可將其定義為振動(dòng)系數(shù)k，振動(dòng)系數(shù)的值越大，接觸壓力的波動(dòng)越強(qiáng)烈，行車振動(dòng)噪聲也越大，計(jì)算方式如下：

式中，k是振動(dòng)系數(shù)，f突變是接觸壓力的突變值，f穩(wěn)定是接觸壓力的穩(wěn)定值，n是發(fā)生突變的點(diǎn)位數(shù)。

第四步，分析不同針片狀顆粒含量路面的車路接觸壓力的振動(dòng)系數(shù)隨車速的變化，從而研究針片狀顆粒含量對(duì)行車振動(dòng)噪聲的影響。

以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實(shí)施例，并非對(duì)本發(fā)明作任何限制。凡是根據(jù)發(fā)明技術(shù)實(shí)質(zhì)對(duì)以上實(shí)施例所作的任何簡(jiǎn)單修改、變更以及等效變化，均仍屬于本發(fā)明技術(shù)方案的保護(hù)范圍內(nèi)。