Modellierung und Simulation der Schallabsorption verschmutzter offenporiger Fahrbahnbeläge

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1 Lehrstuhl für Straßenplanung und Straßenbau Modellierung und Simulation der Schallabsorption verschmutzter offenporiger Fahrbahnbeläge 2. Dresdner Asphalttage Prof. Dr.-Ing. W. Ressel Dipl.-Ing. B. Arbter M.Sc.

2 Offenporiger Asphalt Eigenschaften 2

3 Offenporiger Asphalt Herausforderung 3

4 Experiment AkustikSimulation Porenraumrekonstruktion mit Mikro-CT MaterialParameter Strömungsverhalten Widerstand Tortuosität Strömungsimulation Luft + Wasser und Transport 4

5 Bilderfassung Bildverbesserung Segmentierung Klassifizierung Rekonstruktion Porenraumrekonstruktion aus Mikro-CT 5

6 Porenraumrekonstruktion aus Mikro-CT Bilderfassung 6

7 Porenraumrekonstruktion aus Mikro-CT Bildverbesserung: Nichtlinearer anisotroper Diffusionsfilter 7

8 Porenraumrekonstruktion aus Mikro-CT Segmentierung / Klassifizierung 8

9 Segmentierung mit a-priori Informationen CT-Scan Graustufen A-priori-Information: 3 Klassen Annahme: Gaussverteilung der Grauwerte innhalb der Klassen Schritt 1 (bedingt. Wahrsch.): Parameterschätzung durch Clustering (k-means) (k=3) Bildung der Zugehörigkeitsfunktionen bzw. -bilder Gestein Luft Bitumen Schritt 2 (Satz von Bayes): A-priori-Information: Anteil der Klassen im Asphalt A-posteriori-Wahrscheinlichkeiten aus Satz von Bayes: Gestein Luft Bitumen 9

10 Segmentierung mit a-priori Informationen Normierte a-posteriori-wahrscheinlichkeit 10

11 Rekonstruierter Porenraum Gitter-Boltzmann Strömungssimulation 11

12 Akustik-Simulation 12

13 Schallabsorption Wie funktioniert Schallabsorption? Umwandlung von Schallenergie in Wärme Dominierende Anteile aus physikalischer Sicht viskose Effekte thermische Effekte in der Grenzschicht zwischen Luft und Festkörper Achtung: Einflussbereich der Grenzschicht ist begrenzt!! 13

14 Akustik-Simulation Physik Homogeni sierung Erhaltungsgleichungen auf der Porenskala Impulserhalt mit viskosem Anteil Energieerhalt mit Schallwechseltemperatur Analytische Lösungen Adaption abhängig von Porenform und Porengröße 14

15 Schallabsorption Einfluss der Grenzschichtdicke zunehmende mittlere Geschwindigkeit 15

16 Akustik-Simulation Physik Homogeni sierung Adaption Einfluss der Grenzschichtdicke Porengrößenverteilung! Lösung: Numerische Bestimmung über morphologische Operatoren klassisch morphologisch 16

17 Akustik-Simulation Physik Homogeni sierung Einfluss der Grenzschichtdicke Porengrößenverteilung! Lösung: Numerische Bestimmung über morphologische Operatoren Neu (nach Attenborough): Integration über alle Porengrößen Adaption 17

18 Akustik-Simulation Physik Homogeni sierung Adaption an reale Geometrie Erhöhung der Geschwindigkeit durch geringeres Volumen Porosität Totraumvolumen Strukturfaktoren Adaption 18

19 Beispiel 19

20 Beispiel Schallabsorption, Impedanzrohr, offenporiger Asphalt 0/8, unverschmutzt 20

21 Beispiel Porengrößenverteilungen zunehmende Verschmutzung 21

22 Beispiel Schallabsorption, offenporiger Asphalt 0/8, verschmutzt 22

23 Ausblick Explizite Modellierung von Schmutzpartikeln Anlagerung gelöster Bestandteile Quelle: IRMB 23

24 Experiment AkustikSimulation Porenraumrekonstruktion mit Mikro-CT MaterialParameter Strömungsverhalten Widerstand Tortuosität Strömungsimulation Luft + Wasser und Transport 24

25 Lehrstuhl für Straßenplanung und Straßenbau Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit