Väitös ajoneuvotekniikan alalta, Mona Mahboob Kanafi, M.Sc.
Miten tien pinnankarheus vaikuttaa kumin kitkaan?
Mona Mahboob Kanafi, M.Sc., väittelee 7.4.2017 klo 12.00 Aalto-yliopiston insinööritieteiden korkeakoulussa, konetekniikan laitoksella aiheesta Kivinen tie – pinnankarheuden vaikutus kumin kitkaan. Väitöskirjan nimi on englanniksi Rocky road – surface roughness impacts on rubber friction. Väitöksen ala on koneenrakennustekniikka, ajoneuvotekniikka, renkaan ja tien välinen kitka.
Tien ja renkaan välisen kitkan tutkimuksella ja ymmärtämisellä on suuri vaikutus liikenneturvallisuuteen. Tien pinnankarheudella on merkittävä rooli kitkatasoon. Väitöskirjassa tutkittiin pinnankarkeuden vaikutusta kumin kitkaan kenttätutkimuksella, laboratoriokokeilla sekä kitkateoriasta lasketuilla ennusteilla.
Pitkäkestoisessa yhdeksän kuukauden kenttätutkimuksessa Espoon tieverkolla osoitettiin, että perinteiset pinnankarheusominaisuudet eivät juuri selitä kitkaa. Sitä vastoin, kun pinnankarheudesta lasketaan monimittakaavaparametreja ja huomioidaan vain päällysteen positiivinen tekstuuri (jossa rengas koskettaa tietä) havaitaan voimakas korrelaatio kitkaan. Näin ollen on tärkeää, että päällysteen pitoa arvioidessa huomioidaan vain kitkan kannalta relevantti osuus pinnankarheusprofiilista.
Tulosten toistettavuus on iso ongelma kitkatutkimuksissa, koska pinta kuluu jatkuvasti mittausten edetessä. Tämä korostuu asfalttipintoja mitatessa, koska on hyvin hankala tehdä täsmälleen samanlaista kopiota asfalttikoepalasta. Väitöstyössä hyödynnettiin ensimmäistä kertaa 3D-tulostusta renkaan ja tien välisen kitkan tutkimuksessa. Menetelmällä voidaan luoda hyvin määriteltyjä, kustomoituja ja uudelleentuotettavia pinnankarheusprofiileja laboratoriotutkimuksiin.
Hyödyntäen korkean erottelukyvyn 3D-tulostinta luotiin tien pintaa jäljitteleviä polymeerikoepaloja, joiden makrokarheutta (kivikokoa) varioitiin. Laboratoriokokeissa havaittiin muun muassa, että iso kivikoko itse asiassa vähentää kitkaa. Nämä tulokset avaavat uusia mahdollisuuksia paremmin kontrolloitaviin pinnankarheus ja kitkatutkimuksiin. Olisi toivottavaa, että tulevaisuudessa löydettäisiin tien pinnankarheusprofiili, joka optimoisi kitkan, vierinvastuksen, rengasmelun sekä kuluman.
Vastaväittäjä: Professori Ion Marius Sivebæk, Tanskan teknillinen yliopisto (DTU), Tanska
Valvoja: Professori Kari Tammi, Aalto-yliopiston insinööritieteiden korkeakoulu, konetekniikan laitos
Ohjaaja: TkT Ari Tuononen, Aalto-yliopiston insinööritieteiden korkeakoulu, konetekniikan laitos
Väitöskirjan verkko-osoite: http://urn.fi/URN:ISBN:978-952-60-7332-3
Väittelijän yhteystiedot: Mona Mahboob Kanafi, mona.mahboobkanafi@aalto.fi