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冰水混合物(典型路面结构冰水混合物附着条件下湿滑性能研究)
冰层,摩擦系数,厚度冰水混合物(典型路面结构冰水混合物附着条件下湿滑性能研究)
发布时间:2019-02-08加入收藏来源:互联网点击:
该回归模型的结果与方差分析一致,摩擦系数与冰层表面温度呈负/正相关(Ti<-3℃/0℃>Ti>-3℃),与冰层厚度呈正相关。
当温度较低时,轮胎橡胶—冰界面之间产生了一种Schallamach波,使得摩擦界面之间具有强烈的粘附作用,从而产生高的牵引力。随着冰层表面温度的上升,冰层抗剪强度减弱,越易屈服,摩擦系数显著下降。当温度接近冰融点时(-3℃),冰层的硬度下降明显。由于实验中的冰层厚度较薄,薄层冰在摆式仪橡胶块的摩擦作用下,会更容易融化或破碎,从而使得路面表面的宏观构造会显露出来,导致摆值的增大,使得摩擦系数呈现上升的趋势。
随着冰层厚度的增加,摩擦系数增大的主要原因在于,当温度一定时,若冰层厚度较薄,在外力作用下,易形成碎冰,将会出现滑移,导致摩擦系数降低。当冰层较厚时,其结构的整体强度以及硬度较高,能够保持一定的完整性,使得冰层具有较好的抗剪切能力;同时冰层表面与轮胎橡胶之间具有粘附作用,橡胶片与冰层之间的接触面积随着冰层厚度的增大而增加,摩擦系数随之变大。
该回归模型并没有反映水膜厚度对摩擦系数的影响效果,主要是由于试验时通过设置空气湿度使冰层表面产生水膜,水膜厚度较薄,导致其影响效果不显著;同时,由于试验采用的是摆式仪测摩擦系数,摆式仪的摆锤速度较低,对冰作用的摩擦热较小,使得冰层表面的水膜改变不明显。从方差分析的结果可以看出,水膜厚度的显著性水平与α相差较小,说明冰层表面的水膜厚度对摩擦系数的影响不能消除。由于试验的设计以及试验仪器的限制,建立的模型具有一定的缺陷,但是从总体上可以看出,该模型在缺少冰层表面水膜厚度的因素下,回归的可信度较高,对结果的判断没有产生较大的影响。
OGFC-16路面摩擦系数分析
OGFC—16路面摩擦系数相关性分析
OGFC—16路面结构的构造深度、孔隙率以及摩擦系数均大于AC—16路面。为了研究OGFC—16路面在冰水混合物状态下摩擦系数的影响因素和关系。
可以看出:OGFC—16路面摩擦系数随温度的变化趋势整体与AC—16路面相一致。当冰层表面温度大于-3℃时,OGFC—16路面摩擦系数随温度的升高呈现上升的趋势。当温度小于-3℃时,摩擦系数在-3~-5℃范围内随温度上升,其下降速率较快。
表明:OGFC—16路面的摩擦系数随着冰层厚度的增加而上升,随着水膜厚度的增加而下降,三者之间呈现较强的线性相关性。当水膜厚度和冰层厚度分别为1mm和0.2mm时,摩擦系数下降至0.1~0.2范围内。此时,抗湿滑性能不能满足正常行车安全的需求。
基于方差分析的数据处理
对可能影响OGFC—16路面摩擦系数的各因素进行多因素方差分析。取显著性水平α为0.05。表明:摩擦系数的方差齐性检验值为0.702,且概率P值为0.796,P>α,则摩擦系数的总体方差无显著差异,满足方差分析的前提。可以发现冰层厚度、水膜厚度以及冰层表面温度的概率P分别为1.06E—16、0.01、3.51E—13,均小于α,故三者对OGFC—16路面的摩擦系数均有显著的影响且三者之间没有交互作用,同时也反应OG-FC—16路面摩擦系数与冰层厚度与水膜厚度的相关性较强。
多元线性回归模型建立与评价
利用SPSS软件,对冰层表面温度Ti<-3℃、-3℃<Ti<0℃分别进行回归。T检验的显著性均小于0.05,且方差膨胀因子VIF值均位于1至10区间内,故可以认为解释变量冰层表面温度与冰层厚度之间基本不存在多重共线性问题。
该回归结果与方差分析相一致。摩擦系数与冰层表面水膜厚度、冰层表面温度(Ti<-3℃)呈负相关关系,与冰层厚度、冰层表面温度(-3℃<Ti<0℃)呈正相关关系。OGFC—16由于孔隙率较大,构造深度也相应较深。为了产生一定的冰厚,该试验采用的洒水量较AC—16更多,则冰层表面的水膜厚度也较大。水膜分布在冰层表面与橡胶之间,作为润滑界面,所以水膜厚度的影响效果更佳显著,摩擦系数随着水膜厚度的增加而减小。
结论
针对目前国内外对于冰水混合物条件下的路面摩擦系数研究处于定性层面问题,从分析影响冰水混合物路面摩擦系数的因素出发,对AC—16、OGFC—16路面进行实验,发现冰层表面温度、冰层厚度对AC—16路面摩擦系数影响明显,冰层厚度、水膜厚度、冰层表面温度对OGFC—16路面摩擦系数影响显著,以此建立典型路面结构与影响因素之间的多元线性回归模型。通过对路面的状态的监测,实时反应路表的摩擦系数,从而指导驾驶人员安全行驶。
本文模型在已有冰层表面温度对抗滑性能影响的基础上,考虑冰层厚度、水膜厚度对摩擦系数的影响变化趋势,建立定量关系模型。冰层表面温度对摩擦系数的影响与已有的研究成果相一致,均随着冰层表面温度的升高而出现先下降后上升的趋势,但是本文模型对温度的临界值进行标定确认。现有的研究成果并未对冰层厚度、水膜厚度与摩擦系数的影响进行研究,仅对实际路面条件下的冰雪密度、摩擦系数进行测定,得出不同路面状态的抗滑性能,发现抗滑性能出现急剧下降,但是未考虑冰雪组成以及形成状态等因素,而本文模型则充分考虑结冰路面的实际情况建立关系。
该研究结果对工程应用具有重要的指导意义。实际道路环境下,通过合理布置气象监测设备、路面状态传感器等,道路管理部门即可获得不同路面状态下道路抗滑性能,从而实时对路面安全性进行预警,如利用可变情报板对路面状态进行预报并给定安全车速。当路面摩擦系数不能满足安全行车需求时,可立即进行相关的处理措施,如喷洒融冰剂,从而降低冰雪灾害对道路交通安全的影响,避免重大交通事故的发生,同时减少因结冰灾害引起的高速公路封闭而造成的经济损失。
由于试验条件的限制,未能考虑速度、载荷对摩擦系数的影响。同时,冰层厚度、水膜厚度的范围选择过于粗糙,需要进一步考虑与路面构造深度的关系。所以模型建立的适用范围存在一定局限性,需要更深入研究。
本文到此结束,希望对大家有所帮助呢。
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