沥青混合料蠕变损伤数值分析方法及应用

论文摘要

沥青路面具有施工周期短、耐磨抗滑、振动小、噪音低、行车舒适、无扬尘以及养护维修简便等诸多优点,在高等级公路中被广泛采用。但是沥青路面在低温季节易产生裂缝,高温季节易产生车辙及隆起等。为了提高沥青路面的使用性能和寿命,就必须先弄清楚沥青路面的主要铺筑材料——沥青混合料的力学性能。以两步法思想为指导,将沥青混合料视为由沥青砂和粗骨料构成的两相复合材料。将沥青砂视为各向同性材料,可用粘弹性力学模型来描述沥青砂的流变学行为。粗骨料悬浮于沥青砂基质当中,改变了整体材料的强度指标及流变学性能。因此,从宏观尺度上讲,可以将沥青混合料也近似看成各向同性材料,从而运用连续介质理论来描述。由于沥青混合料是一种含有微孔洞、微裂纹等缺陷的多相复合材料,因而有必要应用损伤力学理论来分析沥青混合料承载能力的变化。实际上,在沥青混合料蠕变过程中,蠕变硬化和损伤劣化两种机制同时存在。蠕变硬化导致变形趋于稳定,损伤劣化导致变形加速,并最终形成永久变形。为了维持不同损伤模型与无损蠕变模型之间的通用性,将单标量形式的Kachanov连续损伤采用分段的形式表示,再将其耦合到不含损伤的蠕变本构模型中去,形成近似的蠕变损伤本构模型。在此基础上,应用ANSYS有限元软件对沥青混合料的蠕变破坏以及沥青路面车辙形成过程进行模拟,得到了与实验结果比较吻合的蠕变曲线和车辙深度随时间增长曲线。根据损伤演化模式解释了沥青路面车辙形成机理。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 课题研究意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.3 研究内容和方法
• 2 蠕变损伤理论
• 2.1 粘弹性力学基础
• 2.2 考虑损伤的蠕变模型
• 2.3 沥青混合料蠕变损伤本构模型
• 2.4 本章小结
• 3 沥青混合料蠕变实验
• 3.1 沥青砂单轴压缩蠕变试验
• 3.2 沥青混合料单轴压缩蠕变试验
• 3.3 本章小结
• 4 沥青混合料蠕变损伤数值分析
• 4.1 粘弹性模型的有限元方程
• 4.2 确定材料常数
• 4.3 算法介绍
• 4.4 算例分析
• 4.5 本章小结
• 5 车辙形成过程有限元模拟
• 5.1 沥青混合料车辙实验
• 5.2 室内车辙实验的有限元模拟
• 5.3 沥青路面的车辙模拟及损伤演化
• 5.4 本章小结
• 6 结论与展望
• 6.1 主要结论
• 6.2 工作展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录：攻读学位期间发表的论文