基于沥青混合料粘弹塑性本构模型实验研究与车辙计算

论文摘要

我国高等级公路沥青路面病害严重,其中车辙已成为了沥青路面的主要破坏形式,严重影响了路面行车的安全性和舒适性。所以,对于车辙预估的研究成为了学者们关注的问题。本文依托国家自然科学基金项目(E50678183)《基于行车动力作用的沥青路面车辙计算与预估方法研究》开展研究,从沥青混合料的流变特性入手,综合流变学本构模型的优点提出新的粘弹塑性模型,并完成基于粘弹性模型和粘弹塑性模型的沥青路面车辙计算工作。首先,分析当前流变学本构模型在描述沥青混合料应力应变关系中的优缺点和沥青混合料的高温流变特性,提出更为符合沥青混合料变形特征的粘弹塑性本构模型。其次,结合沥青混合料高温蠕变特性提出沥青混合料的屈服原则,利用动态蠕变试验数据对粘弹塑性模型进行参数回归,并分析材料特性和新提出的粘弹塑性模型。最后,基于Burgers模型和粘弹塑性模型进行沥青路面车辙有限元计算,研究模型参数在ANSYS中输入的方法,采用有限元软件ANSYS分析轴载作用次数、温度、不同轮压对沥青路面车辙变形的影响,结果表明符合沥青路面车辙变形实际情况。通过基于粘弹塑性模型的有限元计算和分析,说明新提出的粘弹塑性模型具有理论意义和实用价值。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 选题背景
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 国外研究现状
• 1.2.2 国内研究现状
• 1.3 研究内容
• 第二章 沥青混合料的流变学模型
• 2.1 粘弹性模型
• 2.1.1 Maxwell 模型
• 2.1.2 Kelvin 模型
• 2.1.3 Van de Poel 模型
• 2.1.4 Lethersich 模型
• 2.1.5 Burgers 模型
• 2.1.6 修正 Burgers 模型
• 2.1.7 广义的 Maxwell 模型
• 2.2 塑性模型
• 2.2.1 宾汉模型
• 2.2.2 粘弹塑性模型
• 2.3 本章小结
• 第三章 沥青混合料蠕变性能试验研究
• 3.1 沥青混合料高温蠕变性能试验方法
• 3.1.1 单轴静态蠕变试验
• 3.1.2 单轴动态蠕变试验
• 3.1.3 三轴试验
• 3.2 试验方案
• 3.2.1 试验材料
• 3.2.2 试件制备
• 3.2.3 试验方法
• 3.3 试验数据及结果分析
• 3.3.1 沥青混合料在相同温度不同荷载情况下的分析
• 3.3.2 沥青混合料在相同荷载不同温度情况下的分析
• 3.3.3 综合比较
• 3.4 本章小结
• 第四章 粘弹塑性本构模型研究与分析
• 4.1 沥青混合料的蠕变特性
• 4.2 沥青混合料粘弹塑性模型参数回归
• 4.2.1 沥青混合料的粘弹塑性模型
• 4.2.2 屈服准则
• 4.2.3 参数回归
• 4.3 粘弹塑性模型分析
• 4.4 粘弹塑性模型力学参数与车辙试验的关系
• 4.5 车辙试验
• 4.5.1 试验原理
• 4.5.2 试验方案及试验条件
• 4.5.3 试验步骤
• 4.5.4 试验结果
• 4.6 车辙试验结果与粘弹塑性力学模型相关性分析
• 4.7 本章小结
• 第五章 基于 Burgers 模型的沥青路面车辙计算
• 5.1 有限元基本知识简介
• 5.2 单元类型及路面结构尺寸的选择
• 5.2.1 单元类型的选择
• 5.2.2 路面结构尺寸的选择
• 5.2.3 边界条件
• 5.3 Burgers 模型参数在 ANSYS 中的参数输入
• 5.3.1 Burgers 模型参数的回归
• 5.3.2 Prony 级数的转化
• 5.4 荷载和交通量的计算
• 5.4.1 荷载类型的选择
• 5.4.2 交通量的计算
• 5.5 沥青路面结构的车辙变形分析
• 5.5.1 轴载作用次数对沥青路面车辙的影响
• 5.5.2 温度对沥青路面车辙的影响
• 5.5.3 轮压对沥青路面车辙的影响
• 5.6 本章小结
• 第六章 基于粘弹塑性模型的车辙计算
• 6.1 单元类型及路面结构尺寸的选择
• 6.1.1 单元类型的选择
• 6.1.2 路面结构尺寸的选择
• 6.2 粘弹塑性模型在ANSYS 中的参数输入
• 6.3 沥青路面结构的车辙变形分析
• 6.3.1 轴载作用次数对沥青路面车辙的影响
• 6.3.2 温度对沥青路面车辙的影响
• 6.3.3 轮压对沥青路面车辙的影响
• 6.4 两种模型的计算结果比较
• 6.5 本章小结
• 第七章 结论与展望
• 7.1 主要研究结论
• 7.2 展望与建议
• 致谢
• 参考文献
• 在学期间发表的论著及取得的科研成果