沥青路面裂纹扩展数值模拟及影响因素分析

应用线弹性断裂力学理论结合同时考虑交通与温度载荷的有限元方法来研究沥青路面裂纹扩展路径.采用1/4等参奇异性单元模拟裂纹尖端的应力奇异性,运用窗口移动技术模拟裂纹扩展路径,并发展了沥青路面裂纹扩展模拟程序.应用该程序模拟了不同荷载作用位置下路面结构中表面和基层底面裂纹的扩展情况,同时研究了路面结构层模量组合对沥青路面裂纹扩展的影响.模拟表明,该方法能较好地模拟裂纹扩展行为,有助于更好地了解沥青路面的开裂行为.     

沥青路面裂纹扩展数值模拟及影响因素分析

应用线弹性断裂力学理论结合同时考虑交通与温度载荷的有限元方法来研究沥青路面裂纹扩展路径.采用1/4等参奇异性单元模拟裂纹尖端的应力奇异性,运用窗口移动技术模拟裂纹扩展路径,并发展了沥青路面裂纹扩展模拟程序.应用该程序模拟了不同荷载作用位置下路面结构中表面和基层底面裂纹的扩展情况,同时研究了路面结构层模量组合对沥青路面裂纹扩展的影响.模拟表明,该方法能较好地模拟裂纹扩展行为,有助于更好地了解沥青路面的开裂行为.     

移动荷载下含纵横向双裂纹沥青路面复合断裂特性

为了研究移动荷载作用下沥青路面的复合开裂的变化规律,基于断裂力学及有限元数值模拟方法,考虑沥青面层材料的粘弹性,分别研究了移动荷载作用下不同双裂纹间距、不同反射裂纹深度对面层top-down（纵向）、基层反射（横向）裂纹应力强度因子的影响,探讨了其开裂扩展特性,评估了不同移动荷载状态下面层top-down裂纹的断裂疲劳寿命.结果表明:移动荷载作用下,面层top-down裂纹以Ⅱ型扩展为主,在单裂纹及双裂纹间距为0时,分别对应其扩展最严重与最轻微情形,但双裂纹间距及反射裂纹深度对其扩展影响较小;对于基层反射裂纹,当双裂纹间距为400 mm时,最易发生Ⅰ、Ⅱ型开裂扩展,随着反射裂纹深度的增加,扩展程度也逐渐增大;不同移动荷载状态下的top-down复合型裂纹断裂疲劳寿命长短顺序为:高速最长,次之静态、低速制动最短,制动情形下的疲劳寿命仅为高速情形下的20.4%.      

荷载与渗压耦合作用下沥青面层层底裂纹扩展分析

基于线弹性断裂力学原理和有限元分析方法,对汽车荷载与动水压力耦合作用的面层层底含裂纹的沥青路面进行裂纹扩展规律研究与分析.结果表明:动水压力的作用明显改变了对称荷载与偏荷载作用下沥青面层层底的裂纹扩展规律,并随着动水压力增大,裂纹尖端呈现张拉型扩展与剪切型扩展共同作用的复合形式,从而加速了沥青路面的破坏.     

杂交边界点法在沥青路面裂纹分析中的应用

杂交边界点法在积分和插值时都不需要网格,它是将移动最小二乘近似与修正位移变分原理结合起来,不但不需要划分网格,而且具有边界点法降维和高精度的优点。应用杂交边界点法对沥青路面表面裂纹扩展中强度应力因子变化规律和裂纹扩展路径进行研究,并对面层、基层设计参数对裂纹扩展影响规律进行分析,探讨沥青路面的裂纹扩展机理,具有一定的工程实用价值。     

基于XFEM的混凝土开裂数值模拟研究

扩展有限元法(XFEM)是近年来发展起来的分析不连续问题(特别是断裂问题)的一种有效方法。介绍了扩展有限元法的基本原理,给出了采用扩展有限元法进行混凝土开裂、裂纹扩展分析的方法,最后采用扩展有限元法模拟了含初始裂纹的混凝土试件和重力坝的开裂扩展过程,分析了其位移、应力场分布规律。算例表明扩展有限元法在进行断裂分析时克服了常规有限元法的缺点,避免了常规有限元法在分析断裂问题时繁琐的前处理过程,不需要裂纹面与有限元网格一致,不需要在裂缝周围布置高密度网格,模拟裂纹扩展过程时不需要不断地重新划分网格,展示了扩展有限元法在裂纹扩展分析中的独特优势。     

钢桥面板纵肋与横隔板焊接细节疲劳开裂的加固研究

为研究钢桥面板疲劳开裂部位栓接角钢的加固方法，采用足尺模型试验对纵肋与横隔板焊接细节疲劳裂纹的加固效果进行研究，采用ANSYS建立了含有疲劳裂纹的有限元模型，并基于断裂力学理论对比研究疲劳裂纹不同长度条件下的加固效果. 研究结果表明:纵肋与横隔板焊接细节的疲劳裂纹起裂于焊趾并沿纵肋腹板扩展，采用栓接角钢加固后可以使开裂部位关键测点的主拉应力和裂尖各测点的应变分别降低56%和80%，能够有效抑制疲劳裂纹的扩展；栓接角钢加固后裂尖的应力强度因子幅值最少降低80%，裂纹扩展速率显著降低；对贯穿纵肋腹板前不同长度的疲劳裂纹进行加固，裂尖应力强度因子幅值均降低60%～90%，但随着疲劳裂纹长度的增加，栓接角钢的加固方法对裂纹扩展的抑制效果不断降低，加固时机的合理选取是影响加固效果的关键因素之一.      

尼日利亚某市政道路含裂纹沥青路面的动力学分析

以尼日利亚某市政道路工程为例,基于断裂力学理论,取不同车速、面层动弹模和沥青路面裂纹长度3个因素,选取3水平进行正交试验,并运用有限元模拟计算正交设计方案的裂纹应力强度因子。结果表明:裂缝长度对裂缝的扩展影响最大,车速对裂缝扩展的影响较大,而面层的弹性模量对裂缝扩展的影响最小,远小于裂缝长度的影响;且裂纹应力强度因子随着面层弹性模量的增大而增大。在此基础上,提出了在施工、运营和维护阶段为减少裂缝扩展导致路面破坏的建议。     

轮轨高速滚动接触及钢轨疲劳裂纹扩展研究

为研究高速列车轮轨滚动接触疲劳损伤,通过引入应变率效应,获得了轮轨接触作用力的分布,并基于最大周向应力判据,对车轮滚过裂纹过程中裂纹可能的扩展角度进行了统计分析,确定了钢轨表面疲劳裂纹的扩展方向.根据威布尔分布,用可能扩展角度均值作为裂纹扩展方向,获得了裂纹扩展路径.研究结果表明,低速列车钢轨的裂纹扩展为张开型裂纹逐渐变为滑开型裂纹,高速列车的钢轨裂纹扩展基本都是张开型裂纹;高速列车钢轨的裂纹扩展速率快于低速列车钢轨;模拟的裂纹路径与实验测得的裂纹路径吻合,验证了用可能扩展角度的均值作为裂纹扩展方向的合理性.      

铁铬镍合金在热机械循环迭加条件下表面氧化层开裂特征研究

采用薄膜复型技术研究了不同热机械循环迭加条件下铁铬镍合金表面氧化及氧化层开裂特征行为的细节。研究表明，热机械循环迭加促进表面晶界优先氧化。在热机械循环同相迭加条件下氧化晶界局部开裂与扩展是占优势的断裂方式，而发生在循环后期的裂纹相互连结过程对断裂寿命影响较小。而在反相迭加条件下，合金基体剪切滑移变形诱发高密度表面氧化物裂纹，随着循环的进行，大量扩展裂纹相互连结是主要的断裂方式，从而加速了断裂过程，     

半刚性基层存在的问题及处治措施

通过对河北省唐山市内的国道102线的路面调查,发现半刚性基层沥青路面开裂是主要的路面病害。在分析路面产生横裂、纵裂和不规则裂缝的原因的基础上,提出相应的处治措施,可供同行参考。     

黏聚区模型在沥青路面反射裂缝模拟中的应用

结合ABAQUS有限元软件, 分析了基于牵引力-分离法则的三维黏结单元本构模型与参数; 通过对单一黏结单元施加位移荷载, 对比了不同初始损伤与完全失效准则组合下, 加载过程中单元应力、位移和应变能的理论计算结果与数值模拟结果, 以验证黏结单元的可靠性; 将黏结单元布设在开裂基层上方沥青面层可能发生反射开裂的部位, 应用黏聚区模型模拟裂缝的发展过程, 研究了黏结单元参数和面层厚度对裂缝扩展的影响。分析结果表明: 当黏结层刚度由40GN·m-3下降到20GN·m-3时, 单侧荷载与对称荷载作用下黏结层中分离位移的比值由1.52增大到13.52, 单侧荷载作用下黏结层中剪切位移与张开位移的比值由1.52增大到11.32, 说明当潜在裂缝扩展区刚度降低时, 沥青层易于产生Ⅱ型剪切裂缝; 在交通荷载作用下, 沥青面层损伤开裂的路径为首先沥青面层底部发生损伤并向上发展, 随后路表轮载作用处附近发生损伤并向下发展, 在损伤贯穿沥青面层后, 潜在裂缝扩展区刚度的继续下降将使损伤沿道路横向继续扩展; 在面层厚度以2cm的梯度由16cm增加到22cm的过程中, 黏结层中分离位移分别降低了32.31%、15.22%、9.63%, 剪切位移与张开位移的比值由3.24降低到1.10, 说明增加面层厚度能有效延缓反射裂缝的扩展, 但此延缓效果随着面层厚度的增加而减弱, 并且使得面层反射开裂类型由Ⅱ型剪切型开裂逐渐趋于Ⅰ、Ⅱ型混合模式开裂。      

沥青路面低温开裂问题的探讨

沥青路面的低温开裂已成为各国道路界普遍关注的核心问题。分析了国内外低温开裂研究的进展,并对温缩裂缝的形式、影响因素、温度在沥青路面中的分布规律、评价指标进行了综合阐述。     

沥青路面荷载型裂缝的剪切机理与成因分析

越来越多的研究表明沥青路面轮迹带附近的荷载型裂缝与沥青面层内较大的应力水平尤其是剪应力有着直接的关系,为了探讨其破坏机理及力学成因,基于弹性层状体系在考虑水平荷载作用下进行半刚性基层路面剪应力有限元分析,分析沥青面层内剪应力分布规律,剪应力峰值变化情况,并对剪应力和拉应力进行对比分析。结合荷载型裂缝产生位置、深度等特点可以认为其产生的主要原因不是拉应力而是剪应力,对进一步研究荷载型裂缝的破坏机理、发展规律有一定的指导意义。     

含裂缝沥青路面结构动力学特性分析

为完善沥青路面结构设计模型,改进沥青路面抗裂设计方法,本文采用有限单元法对含裂缝沥青路面结构的动力特性进行了分析,主要内容包括含贯通裂缝沥青路面结构的模态分析、谐响应分析,和裂缝扩展过程中,裂缝尖端应力强度因子随路面结构和荷载特性的变化情况,得到了含裂缝沥青路面结构不同于完整路面结构的动力学特性,为路面体动态破坏研究,以及路面长期使用性能研究提供了一定的理论参考.     

聚酯玻纤布在防治沥青路面裂缝中的应用

聚酯玻纤布具有变形能力强、可承受较大拉应力的优点。将其置于沥青混凝土路面与沥青加铺层之间,可用于减缓或防止沥青加铺层的反射裂缝。对聚酯玻纤布防裂机理进行了理论分析,并对TruePave聚酯玻纤布进行了室内试验,试验结果表明聚酯玻纤布能较好的解决反射裂缝的问题,具有广阔的前景。     

半刚性基层沥青路面横向裂缝分布规律的探讨

我国高速公路绝大多数都采用了沥青路面和半刚性基层，其早期开裂现象比较明显，故应从合理利用路面材料性能方面着手，合理总结横向裂缝产生和分布的规律，只有这样才能将其更好地应用在以后的工程施工当中。     

半刚性基层沥青路面裂缝成因分析及处治对策

根据石黄高速公路沥青路面结构特点,结合沥青路面裂缝检测情况,系统分析裂缝的成因,针对裂缝的不同成因,提出相应的处治对策,总结裂缝处治技术,为以后的路面裂缝处治提供工程经验。