|
BVFF nummer:
|
|
BVFF 2021:1-01
|
 |
|
Projekttitel
|
|
Vinterdäcksinducerad kavitation - en dominant slitagemekanism?
|
|
|
Projektledare/Kontaktperson
|
|
Örjan Johansson
|
|
|
Telefon
|
|
070-2873577
|
|
|
Utförarorganisation
|
LTU
|
|
|
Medutförare
|
Nokian Tyres
Arctic Falls
|
|
|
Bakgrund
|
|
Vinterväg och dubbdäck debatteras flitigt i Sverige, Finland och Norge. Det handlar om säkerhet, miljöfrågor och stora samhällskostnader kopplade till vägunderhåll, trafikskador och bullerstörning. Typiskt är en vägbeläggning en blandning mellan mjukt finmaterial och hårt grovmaterial. När finmaterialet nöts bort fås en grov textur som påskyndar slitage och ger upphov till störande och tröttande buller. Däckens påverkan på vägytan i kombination med vatten är ett känt problem som är bristfälligt förstått. Det är dock klarlagt att vägar bryts ner snabbare under förhållanden då stor trafikmängd sammanfaller med mycket vatten. Det finns många hypoteser om varför och en del är väl belagt. Känt är att bitumenfilmen på stenar kan tvättas bort i labbförsök när vidhäftningen mellan sten och bitumen är bristfällig. Projektets hypotes är att finmaterialet nöts bort av den kavitation som uppstår i interaktionen mellan vinterdäck och våt väg. Kavitation är bildandet av små vätskefria zoner "bubblor", vilket inträffar när en vätska utsätts för snabba tryckförändringar. Bubblor som imploderar i samband med en plötslig tryckökning skapar en intensiv chockvåg som kan förstöra material. Graden av kavitationsdriven erosion är indirekt kopplat till emitterad ultraljudsnivå. Skillnader i kavitationseffekt mellan olika vinterdäck kan simuleras och verifieras i labbförsök samt i kontrollerade fältförsök. Effekten av kavitationsslitage kan minska med tåligare vägytor och rätt typ av däckmönster.
|
|
|
Sammanfattning
|
|
Vinterväghållning och vägunderhåll har en avgörande betydelse för trafiksäkerhet och vägbullerstörning. Hypotesen för projektet är att kavitation är en viktig men sällan nämnd slitagemekanism som bidrar till att nedbrytning av vägens yta går snabbast på våt vinterväg. Orsaken till detta är att våta vägbanor i kombination med typiska vinterdäcksmönster ger upphov till kraftfulla tryckstötar mot vägbanan. Tryckstötarna och höga flödeshastigheter när vatten pressas ur små hålrum skapar kavitation som innebär en kollaps av miljontals mikrobubblor vilket ger kraftfull erosion av vägbanan. Tillförs salt så förstärks erosionen. Dubbar bidrar till bildning av mikroporer men kavitationsintensiteten beror i högre grad på mönstergeometri och hastighet i kombination med vattenmängd och ytans textur. I första hand slits mjuka fyllnadsmaterial bort vilket ger en grövre textur som ökar kavitationseffekten. Kavitationsintensiteten kan relateras till ultraljudsemission mätt nära interaktionszonen mellan däck och väg. Mätningar utförs i ett nytt halvt ekofritt laboratorium på rullande trumma (2m). Kavitationseffekten beräknas genom multifysiksimuleringar av transient strömningsförlopp med CFD, resonansförstärkning och tryckvariationer. Verifiering genom tryckmätningar då ett fordon passerar genom en 7 mm djup vattenspegel på en vägbanan med olika ytbeläggning. Minskad nedbrytning av vägbanan kräver även bättre och hårdare ballastmaterial som reducerar underhåll, buller och partiklar.
|
|
|
Förväntat resultat
|
|
En framtagen modell som visar hur vinterdäckets geometri och material påverkar kavitationseffekten i relation En framtagen modell som visar hur vinterdäckets geometri och material påverkar kavitationseffekten i relation till olika ytstrukturer. Modellen beskriver även kavitationens inverkan på slitage av vägytor samt uppmätta skillnader i ljudemission i och utanför fordon. Resultaten ska ge en beskrivning och definition av skillnader mellan olika däckstrukturer och beläggningstyper med avseende på kavitationseffekter. Resultaten av projektet kommer långsiktigt att leda till att en betydligt större andel av vägnätet är belagt med hårdare slitbaneytor som ger ökad säkerhet, lägre underhållskostnader, minskad partikelbildning samt lägre bullernivåer. Aktörer för väghållning får incitament för användandet av mer högkvalitativa produkter, t ex i form av 100 % porfyr. Tåligare slitbanor minimerar dagens problem med partikelbildning som uppstår när finmaterialet eroderas bort och endast det hårda materialet i form av porfyr eller kvarts blir kvar. Dessutom skapas en bättre arbetsmiljö när exponeringen av kvartsdamm minimeras.
|
|
|
Plan för resultatspridning och implementering
|
|
Projektgruppen har 30 års erfarenhet av labb- och fältexperiment inom NVH samt 10 års erfarenhet av simulering och experimentell verifiering av hydrodynamisk och akustisk kavitation. Projektgruppen har forskat om buller från vinterdäck i samverkan med Nokian Tyres. Projektresultaten kommer att presenteras i samband med årliga seminarier och workshops samt i olika branschforum och två internationella konferenser. Projektet ska även leda till en doktorsavhandling och 3 vetenskapliga tidskriftsartiklar, samt en slutrapport. Projektet styrs och revideras genom årliga samverkansmöten mellan projekt- och referensgruppen bestående av: Robert Karlsson TRV, Teemu Soini Nokian Tyres, Johan Granlund Helgums Grus och Peter Ekdahl Ramböll.
|
|
|
Tidsramar
|
|
20201201-20241231
|
|
|