다양한 양의 강설량에서 얼음 포장의 마찰 계수 결정
Summary
여기에서는 실내의 얼음 두께가 다른 포장의 마찰 계수를 결정하는 방법을 제시합니다. 전체 절차에는 장비 준비, 강설량 계산 및 분석, 장비 교정, 마찰 계수 결정 및 데이터 분석이 포함됩니다.
Abstract
노면의 얼음은 마찰 계수를 크게 감소시켜 운전 안전을 위협할 수 있습니다. 그러나 얼음으로 덮인 포장 도로에 대한 정확한 마찰 계수 값을 제공하는 연구는 아직 없으며, 이는 도로 설계와 겨울 도로 유지 관리 조치 선택 모두에 해 롭습니다. 따라서이 기사에서는 겨울철 빙판길의 마찰 계수를 결정하는 실험 방법을 제시합니다. 진자 마찰 계수 측정기라고도 알려진 영국 휴대용 테스터 (BPT)가 실험에 사용되었습니다. 실험은 장비 준비, 강설량 계산 및 분석, 장비 교정, 마찰 계수 결정 및 데이터 분석의 5 단계로 나뉩니다. 최종 실험의 정확도는 자세히 설명 된 장비 정확도의 직접적인 영향을받습니다. 또한이 기사에서는 해당 강설량에 대한 얼음 두께를 계산하는 방법을 제안합니다. 결과는 매우 가벼운 강설로 인해 형성된 고르지 못한 얼음조차도 포장의 마찰 계수를 크게 감소시켜 운전 안전을 위협 할 수 있음을 보여줍니다. 또한 마찰 계수는 얼음 두께가 5mm에 도달하면 최고조에 달하므로 이러한 얼음이 형성되지 않도록 보호 조치를 취해야 합니다.
Introduction
포장 마찰은 차량 타이어와 기본 노면 사이의 그립으로 정의됩니다1. 도로 설계에서 포장 마찰과 가장 일반적으로 관련된 지수는 포장 마찰 계수입니다. 마찰은 도로 설계에서 가장 중요한 요소 중 하나이며 내구성 다음으로 중요합니다. 포장 마찰 성능과 사고 위험 사이에는 강력하고 명확한 상관 관계가 있습니다2. 예를 들어, 도로 사고율과 포장 미끄럼 저항 3,4,5 사이에는 상당한 음의 상관 관계가 있습니다. 몇 가지 요인이 포장 마찰 감소에 기여할 수 있으며 이러한 요인 중 가장 직접적이고 영향력있는 요인 중 하나는 강설량6입니다. 특히, 강설로 인해 포장 도로에 얼음이 형성되어 도로 마찰 계수 7,8이 크게 감소합니다. 핀란드 남부의 교통 사고율에 영향을 미치는 요인에 초점을 맞춘 연구에 따르면 사고율은 일반적으로 폭설이 내리는 날에 최고조에 달하며 눈이 10cm 이상이면사고율이 두 배로 증가할 수 있습니다9. 스웨덴과 캐나다에서 수행 된 연구에서도 유사한 결과가 발견되었습니다10,11. 따라서 눈 얼어 붙은 포장 도로의 마찰 특성을 연구하는 것은 도로 안전을 개선하는 데 중요합니다.
얼음 포장의 마찰 계수를 결정하는 것은 마찰 계수가 강설량 수준과 포장 얼음 두께에 따라 다를 수 있기 때문에 복잡한 과정입니다. 또한 다양한 온도와 타이어 특성도 마찰 계수에 영향을 미칠 수 있습니다. 과거에는 얼음12에서 타이어의 마찰 특성을 연구하기 위해 수많은 실험이 수행되었습니다. 그러나 개별 환경과 타이어 특성의 차이로 인해 일관된 결과를 얻을 수 없으며 이론적 연구의 기초로 사용할 수 없습니다. 따라서 많은 연구자들이 얼음 위의 타이어 마찰을 분석하기위한 이론적 모델을 개발하려고 시도했습니다. Hayhoe와 Sahpley13 은 타이어와 얼음 사이의 계면에서 습식 마찰 열 교환의 개념을 제안한 반면, Peng et al.14 는 위의 개념을 기반으로 마찰을 예측하는 고급 데이터 모델을 제안했습니다. 또한 Klapproth는 매끄러운 얼음15에서 거친 고무의 마찰을 설명하기위한 혁신적인 수학적 모델을 제시했습니다. 그러나 위의 모델은 주로 얼음16에서 타이어의 마찰 특성을 정확하고 효율적으로 특성화할 수 없기 때문에 심각한 오류가 있는 것으로 나타났습니다.
이론적 모델의 오류를 줄이려면 많은 양의 실험 데이터가 필요합니다. 핀란드 기상청은 얼음 포장 마찰을 예측하기 위한 마찰 모델을 개발했으며, 이 모델의 공식은 주로 도로 기상 관측소에서 얻은 데이터와 통계 분석17을 기반으로 했습니다. 또한 Ivanović 등은 얼음 위의 타이어의 마찰 특성을 분석하여 상당한 양의 실험 데이터를 수집하고 회귀 분석18로 얼음의 마찰 계수를 계산했습니다. Gao et al.은 또한 Levenberg-Marquardt (LM) 최적화 알고리즘과 신경망을 결합하여 얼음19의 마찰 계수 공식을 얻음으로써 타이어-고무-얼음 견인의 새로운 예측 모델을 제안했습니다. 위의 모든 모델은 실제로 검증되거나 적용되었으므로 실현 가능한 것으로 간주됩니다.
이론적 인 방법 외에도 눈 및 얼어 붙은 지역에서 포장의 마찰 계수를 측정하기위한 많은 실용적인 방법이 개발되었습니다. 날씨의 특수성으로 인해 이러한 방법은 스웨덴, 노르웨이 및 핀란드와 같은 북유럽 국가에서 널리 사용되었습니다20. 스웨덴에서는 BV11, SFT 및 BV14의 세 가지 주요 유형의 마찰 측정 장치가 사용됩니다. 겨울철 유지보수 평가를 위해 특별히 개발된 이중 마찰 시험기인 BV14는 측정 차량에 직접 연결되어 두 바퀴 경로의 건조 마찰을 동시에 측정합니다(20). 핀란드에서는 마찰 측정 차량 (TIE 475)이 겨울철 도로 유지 보수 평가에 사용되는 반면 노르웨이에서는 ROAR 마찰 측정 장치 (물 없음)가 일반적으로 사용되는 장비2입니다. 스웨덴, 노르웨이 및 핀란드에서 수행 된 대부분의 겨울 마찰 측정은 ABS가있는 일반 승용차와 제동 2,20에서 감속을 측정하는 계기를 사용하여 수행되었습니다. 이 방법의 장점은 간단하고 상대적으로 저렴하다는 것이며, 주요 단점은 방법의 정확도가 매우 낮다는 것입니다.
위에서 설명한 연구는 얼음 위의 마찰 계수를 예측하고 감지하는 방법을 제공합니다. 그러나 도로 설계자를 안내하는 균일 한 방법과 특정 값은 아직 제공되지 않았습니다. 또한, 겨울철 도로의 경우, 타이어와 얼음 사이의 마찰 계수는 얼음 두께에 따라 다를 수 있으며, 다른 폐기 조치도 시행되어야한다21. 따라서이 논문은 다양한 양의 강설량에서 빙판길의 마찰 계수를 결정하는 것을 목표로합니다.
국제적으로 영국 휴대용 테스터 (BPT)와 스웨덴 도로 및 교통 연구소 휴대용 마찰 테스터 (VTI PFT)는 현재 마찰 계수22,23을 측정하는 데 가장 일반적으로 사용되는 도구입니다. PFT는 VTI에 의해 개발된 휴대용 마찰 시험기로서, 작업자가 직립 자세로 측정을 수행하고 컴퓨터(22)에 데이터를 저장할 수 있게 한다. PFT는 대부분의 윤곽이 있는 도로 표시를 측정할 수 있지만 현재 사용 가능한 기기의 수는 여전히 매우 적습니다2. BPT는 영국 도로 연구소 (RRL, 현재 TRL)에서 개발 한 진자 마찰 계수 테스터입니다. 계기는 고무 슬라이더 가장자리가 시험 표면 위로 추진되는 경우에 에너지 손실을 측정하기 위하여 이용되는 동적인 진자 충격 유형 검사자입니다. 결과는 영국 진자 번호(BPN)로서 보고되어 이들이 이 테스터에 특정되고 다른 장치(24)로부터의 것과 직접적으로 동일하지 않다는 것을 강조한다. 이 계측기는 실험 포장 필드(23)에서 마찰 계수를 결정하는데 유용한 것으로 나타났다. 이 실험에서는 마찰 계수를 결정하기 위해 BPT를 사용합니다.
본 연구는 실내의 다양한 강설량에 해당하는 얼음 포장의 마찰 계수를 측정하는 실험 절차를 설명합니다. 실험 보정, 실험 구현 및 데이터 분석 방법과 같은 실험에서 주목해야 할 문제가 자세히 설명됩니다. 본 실험 절차는 1) 장비 준비, 2) 강설량 계산 및 분석, 3) 장비 교정, 4) 마찰 계수 결정 및 5) 데이터 분석의 5 단계로 요약 할 수 있습니다.
Protocol
Representative Results
Discussion
본 논문에서는 BPT를 사용하여 얼음 포장의 마찰 계수를 테스트하는 절차를 검토합니다. 몇 가지 사항을 종합적으로 분석해야하며 여기에서 자세히 설명합니다. 첫째, 아스팔트 혼합물 샘플의 준비 측면에서 도로 석유 아스팔트를 사용하여 샘플을 준비해야하지만 이는 필수 사항은 아닙니다. 아스팔트 혼합물 샘플의 준비는 최종 결과(25)의 정확도에 영향을 미치기 때문에 ASTM (D6…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
저자는 산시성 교육부가 자금을 지원하는 과학 연구 프로그램(프로그램 번호 21JK0908)을 인정하고자 합니다.
Materials
| Brush | Shenzhen Huarui Brush Industry Co., LTD | L-31 | |
| Freezing equipment | Haier Group | BC/BD-251HD | |
| Measuring cylinder | Zhaoqing High-tech Zone Qianghong Plastic Mould Co., LTD | lb1 | |
| Pavement thermometer | Fluke Electronic Insrtument Company | F62MAX | |
| Pendulum Friction Cofficient Meter | Muyang County Highway Instrument Co., LTD | / | |
| Rubber sheet | Jiangsu Muyang Xinchen Highway Instrument Co., LTD | 785120123500 | |
| Sliding length ruler | Jiangsu Muyang Xinchen Highway Instrument Co., LTD | 785120123500 | |
| Tripod | Hangzhou Ruiqi Trading Co., LTD | TRGC1169 |
References
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