开级配沥青碎石防裂作用的细观数值模拟

论文摘要

研究人员通过试验和宏观有限元分析认为开级配沥青碎石能够防止反射裂缝,却很少有人能从细观层面上做出解释。本文建立了开级配沥青碎石随机集料数值模型,并以此为基础,利用离散元理论分析了开级配沥青碎石防止反射裂缝的细观机理,以期道路工作者对该机理有更好的理解。本文利用离散元程序生成了开级配沥青碎石(嵌挤状态)二维圆形随机集料模型,并根据开级配沥青碎石弹性模量和抗压强度,通过数值单轴试验拟合模型细观参数。本文用投放颗粒的思想更深入研究了建立松散圆形随机集料模型的具体方法,要求各个颗粒不互相重叠,并在圆形集料模型基础上通过延“凸”生成了凸多边形随机集料模型,以期对更深入地研究沥青混合料有帮助。为将细观试件同宏观路面结构联系起来,本文利用位移法的思想,在宏观路面结构中划出一个方形细观试件,并保证细观试件与路面结构其他部分完全连续,利用有限元方法计算其在最不利荷载作用下的变形结果,并以此作为细观分析的加载条件。基于不连续体系的离散元理论可以很好地分析开级配沥青碎石结构。对模型赋予细观参数、施加边界位移条件,经离散元法分析后,本文认为是开级配沥青碎石的大孔隙允许集料有更多的空间协调变形,从而防止裂缝的扩展。使用离散元法从细观层面分析沥青混合料是一种较新的方法,相信会有很大发展空间,便于研究人员更好地理解沥青混合料。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 插图索引
• 附表索引
• 第1章 绪论
• 1.1 研究背景和意义
• 1.2 研究现状
• 1.2.1 宏观层面的研究现状
• 1.2.2 细观层面的研究现状
• 1.3 本文主要研究内容
• 1.3.1 细观试件建模
• 1.3.2 加载条件计算
• 1.3.3 用离散元法分析开级配沥青碎石防裂作用
• 第2章 细观试件建模
• 2.1 离散元法
• 2.1.1 离散元法的发展
• 2.1.2 基本理论
• 2.1.3 离散元法符号的规定
• 2.2 开级配沥青碎石单轴压缩数值试验
• 2.2.1 计算参数
• 2.2.2 二维和三维沥青碎石石料间隙率研究
• 2.2.3 单轴试验用开级配沥青碎石边界建模
• 2.2.4 石料投放
• 2.2.5 悬浮颗粒的清除
• 2.2.6 离散元法力学参数
• 2.2.7 数值单轴压缩试验
• 2.2.8 稍密实开级配沥青碎石试件数值单轴试验
• 2.3 二维随机集料模型详细生成方法
• 2.3.1 二维圆形随机集料模型生成
• 2.3.2 二维凸多边形随机集料模型生成
• 2.4 本章小结
• 第3章 路面结构有限元计算
• 3.1 有限元法及ANSYS 软件简介
• 3.1.1 有限元法简介
• 3.1.2 ANSYS 软件简介
• 3.2 路面结构力学计算
• 3.2.1 建立二维实体模型
• 3.2.2 建立有限元模型
• 3.2.3 施加边界条件和荷载
• 3.2.4 求解计算
• 3.3 本章小结
• 第4章 开级配沥青碎石细观结构分析
• 4.1 细观试件的生成
• 4.2 施加边界条件
• 4.3 加载求解
• 4.4 结果记录方法
• 4.5 计算结果及分析
• 4.6 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢
• 附录 A 攻读学位期间所发表的学术论文目录