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도로 노면 특성이 타이어 - 노면 소음에 미치는 영향

Effects of Pavement Texture Characteristics on Tire - Pavement Interaction Noise

  • 김재훈 (강릉원주대학교 토목공학과)

초록/요약 도움말

도로에서 발생하는 소음은 엔진 소음, 타이어 – 노면 소음, 공기 흐름에 의한 소음으로 구분된다. 이 중 타이어 – 노면 소음은 타이어와 포장 노면의 상호작용으로 발생하며, 특히 고속의 주행속도에서 도로 사용자 및 주변 거주자들에게 가장 많은 영향을 미치는 소음으로 알려져 있다. 포장에서 발생하는 소음에 관한 연구는 타이어 – 노면 소음과 도로 노면 조직 특성의 정량화 된 관계에 대한 이론적 접근이 미흡한 실정으로 굵은 골재 최대입경, 골재의 입도, 공극 등을 고려하여 계획한 후 포장을 건설하고 소음을 측정하는 경험적인 방법을 사용하고 있다. 본 연구에서는 타이어 – 노면 소음의 발생 메커니즘과 도로 노면 조직 특성의 관계를 정량화하기 위한 가설을 다음과 같이 수립하였다. ● 에어 펌핑 소음은 타이어와 도로 노면 사이의 홈에 공기가 압축되고 방출되면서 발생하는 공기의 파열음으로 노면의 파장 길이가 짧을수록 타이어와 노면 사이에 압축되는 공기의 압력이 줄어들어 에어 펌핑 소음이 감소 된다. ● 동일한 파장 길이를 가진 노면에서 조직 깊이가 깊을수록 타이어와 노면 사이에 갇힌 공기가 압축되는 면적이 넓어져 공기의 압축력이 작아지기 때문에 에어 펌핑 소음이 감소 된다. ● 타이어 진동 소음의 경우 타이어의 형태가 변형되면서 발생하는 진동에 의한 소음으로 노면 조직 깊이가 깊을수록 타이어 진동 소음은 증가한다. 수립된 가설을 검증하기 위하여 배수성 아스팔트 포장, 밀입도 아스팔트 포장, 골재 노출 콘크리트 포장, 횡방향 타이닝 포장 등 다양한 노면 특성을 가진 10개의 포장에서 노면의 파장 길이, 조직 깊이와 타이어 – 노면 소음을 측정하였다. 에어 펌핑 소음과 타이어 진동 소음이 지배적인 주파수 대역을 검토한 결과 타이어 진동 소음은 800Hz 미만의 저주파수 대역에서 에어 펌핑 소음은 800Hz 이상의 고주파수 대역에서 지배적인 것으로 나타났다. 에어 펌핑 소음, 타이어 진동 소음, 노면 파장 길이 및 조직 깊이의 상관성을 검토한 결과 에어 펌핑 소음은 노면 파장 길이가 짧을수록, 일정한 노면 파장 길이에서 조직 깊이가 깊을수록 소음은 감소하였으며, 타이어 진동 소음은 노면 조직 깊이가 낮을수록 소음이 감소하는 것으로 나타났다. 이를 통해 수립된 가설이 검증되었으며, 타이어 - 노면 소음과 노면 파장 길이, 조직 깊이, 주행속도의 관계식을 제안하였다. 본 연구에서 제시된 타이어 – 노면 소음과 도로 노면 특성의 정량화된 관계와 관계식은 향후 타이어- 노면 소음을 저감 할 수 있는 도로 노면 설계의 원천기술로 활용될 수 있을 것으로 사료 된다.

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목차 도움말

제 1 장 서 론 1
1.1 연구 배경 및 목적 1
1.2 연구 범위 2
1.3 연구 가설 3
1.4 연구 내용 4

제 2 장 타이어 – 노면 소음과 도로 노면 조직의 특성 5
2.1 타이어 – 노면 소음 5
2.1.1 소리의 기본개념 5
2.1.2 도로 소음의 개요 7
2.1.3 타이어 – 노면 소음측정 방법 9
2.1.4 도로 소음제어 방법 13
2.2 도로 노면 조직의 특성 15
2.2.1 도로 노면 조직의 구성 15
2.2.2 도로 노면 조직이 타이어 – 노면 소음에 미치는 영향 17
2.2.3 도로 노면 조직이 미끄럼 저항성에 미치는 영향 19
2.2.3.1 미끄럼 저항성 메커니즘 19
2.2.3.2 미끄럼 저항성에 영향을 미치는 요소 20
2.3.3.3 미끄럼 저항성 측정 방법 및 평가 기준 24

제 3 장 도로 노면 특성에 따른 타이어–노면 소음 발생 기구에 대한 가설수립 28
3.1 도로 노면 특성과 타이어-노면 소음의 선행연구 고찰 28
3.2 타이어 – 노면 소음 발생 기구의 가설수립 35
3.2.1 타이어 진동 소음 발생 기구에 대한 가설 35
3.2.2 에어 펌핑 소음 발생 기구에 대한 가설 36

제 4 장 타이어 – 노면 소음과 도로 노면 특성에 대한 DATABASE 구축 37
4.1 타이어 – 노면 소음 및 노면 조직 데이터 측정 37
4.1.1 타이어 – 노면 소음측정 38
4.1.2 도로 노면 조직 측정 40
4.2 타이어 – 노면 소음 및 노면 조직 데이터베이스 구축 42

제 5 장 타이어 – 노면 소음과 도로 노면 조직의 정량적 관계 47
5.1 타이어 진동 소음과 에어 펌핑 소음의 분리 47
5.1.1 타이어 진동 소음과 에어 펌핑 소음 산정의 선행연구 고찰 48
5.1.2 주파수 분석을 통한 타이어 진동 소음과 에어 펌핑 소음의 산정 51
5.2 타이어 진동 소음과 도로 노면 조직 깊이의 관계 58
5.3 에어 펌핑 소음과 도로 노면 조직의 관계 59

제 6 장 타이어 – 노면 소음 상관관계에 대한 회귀 분석 63
6.1 타이어- 노면 소음 회귀식에 대한 선행연구 고찰 63
6.2 주행속도, 노면 특성과 타이어 – 노면 소음의 관계 66
6.2.1 주행속도, 노면 특성과 타이어 진동 소음의 관계 66
6.2.2 주행속도, 노면 특성과 에어 펌핑 소음의 관계 68
6.2.3 주행속도, 노면 특성과 타이어 – 노면 소음의 관계 72
6.2.4 타이어 – 노면 소음 모델의 활용 방안 76

제 7 장 결론 및 향후 연구 79

References 83

APPENDIX A 90
APPENDIX B 99
APPENDIX C 106

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