沥青混合料动态黏弹性分数阶导数模型

为了更加精确、全面地表征沥青混合料的动态黏弹性力学特性,基于四参数分数阶导数Zener模型(FDZ)分配微分算子后,分别得到修改五参数分数阶导数模型(MFPFD)和改进五参数分数阶导数模型(IFPFD)的本构方程,并进一步得到了模型的复数模量解析表达式。将复数模量分离实部和虚部得到存储模量、损失模量及损耗因子的系数解析表达式。采用LARE目标函数,基于时温等效原理,构造了3个模型的黏弹函数主曲线,通过拟合优度和目标函数最优值评价模型拟合的效果,并对2种分数阶导数模型进行了对比。研究结果表明：FDZ模型和MFPFD模型黏弹函数呈现相似的性质,说明FDZ模型分配微分算子后黏弹函数的特性未发生变化;IFPFD模型采用1套参数即可较好地表征沥青混合料的所有动态黏弹函数,如存储模量、损失模量、相位角、动态模量、损耗因子及Cole-cole曲线,满足Kramers-Kronig关系;与FDZ模型相比,IFPFD模型增加模型参数β,能够更好地描述损失模量的峰宽和其他黏弹函数的非对称特征。最后,IFPFD模型的参数具有一定的物理意义,而根据数值优化所得的模型参数,能确定参考温度下动态黏弹性分数阶导数的微分方程,且分数阶微分本构方程较为简单,研究结果可为沥青混合料设计和路面动力学分析提供新的思路。     

基于2S2P1D模型的沥青混合料老化前后黏弹性参数演变

沥青混合料的黏弹性性能与温度、时间及其胶结料的状态等参数密切相关,而在路面的使用过程中沥青容易受到老化的影响,进一步影响沥青混合料的黏弹性性能。为了让路面设计过程中的参数更为具体,在实验室内对不同老化状态下的SBS改性沥青混合料进行多个频率及温度下的单轴动态模量试验。采用William, Landel and Ferry(WLF)公式对不同温度下的频率进行时温等效转换,然后基于分数阶模型(2S2P1D模型)建立了动态模量及相位角主曲线,分析老化对沥青混合料黏弹性能的影响特征。研究结果表明:2S2P1D模型能够较好地拟合不同老化状态下的SBS改性沥青混合料的动态模量的数据,相关系数大于0.9;沥青混合料的2S2P1D模型中的玻璃态模量E_g和与粘度相关的β参数随着老化程度的增加显著增大。然而,静态模量E_0、分数阶指数k及h随着老化程度的增加而减小。基于该模型建立的储存模量及损失模量的主曲线表明:低频时老化对于沥青混合料的储存模量及损失模量具有不同的影响,当频率趋近于0时,老化对储存模量的影响基本不存在,但是随着老化程度的加深损失模量会显著增强。     

ECA-10型沥青混合料动态性能研究

为了确定ECA-10型沥青混合料的动态性能,采用简单性能试验仪进行动态模量试验和动态蠕变试验,运用时温等效原理和修正Burgers模型分别构建了ECA-10型沥青混合料的动态模量主曲线和黏弹性力学模型。研究结果表明:相同温度和加载频率下,ECA-10型沥青混合料动态模量普遍较高,抗变形能力较强;依据Sigmoidal函数方程,建立了参考温度为20℃时ECA-10型沥青混合料的动态模量主曲线,线簇光滑连续,具有较高的拟合度。在相同荷载作用次数下,ECA-10型沥青混合料随着温度或偏应力的增大,其动态蠕变逐渐增大。建立了重复荷载作用下ECA-10型沥青混合料黏弹性力学模型,相关性系数在0.98以上,其拟合结果与实测结果吻合较好。     

沥青混合料蠕变的变参数模型

为了准确描述沥青混合料整个蠕变过程,解决现有黏弹性模型的不足,对经典模型进行了扩展。运用非定常参数替换定常参数的方法,把经典Zener模型、Zener模型与黏壶串联结构中的黏性参数看为时间的函数。利用元件串联、并联时的力学关系,推导改进模型本构方程和蠕变函数的一般形式。通过选择参数的具体时变形式求出具体的蠕变函数,发现一些经验蠕变公式是改进后模型的蠕变函数;通过蠕变特征的分析,发现改进后的模型具有较广的描述范围;通过拟合不同沥青混合料的蠕变试验数据,发现修正后的模型对试验数据有较好的拟合效果。给出的变参数模型实现了用较少的参数对沥青混合料3阶段蠕变过程给出比较准确的描述。     

沥青混合料破坏阶段的黏弹性行为

采用基于连续破坏力学和功势原理的模型对沥青混合料破坏阶段的黏弹性行为进行研究.该模型中利用虚应变来描述沥青混合料的时间依赖性,利用破坏参数和虚劲度模量的关系描述沥青混合料的破坏特性.通过不同条件下的复数模量试验确定了沥青混合料的线黏弹性力学参数,进行了不同条件下的恒应变率压缩试验来确定沥青混合料的破坏特性.确定了破坏参数、应力的勒贝格范数和虚劲度模量之间的关系,进而用线性分段法计算了沥青混合料的黏弹性应变.利用该模型对不同条件下的恒应变率压缩试验结果进行了分析.结果表明:预测值和实测值吻合良好.     

沥青混合料的动态响应影响因素分析

选择3种沥青混合料进行不同试验条件下的沥青混合料性能试验(AMPT),分析了加载频率及试验温度对沥青混合料黏弹性动态响应的影响;并采用Sigmoidal模型,得到了沥青混合料的动态模量移位因子及模型参数,形成并分析了沥青混合料动态模量和相位角主曲线。结果表明,随着加载频率的升高,沥青混合料的动态模量逐渐增大,但温度越高,增加幅度越小;动态模量随着加载频率增大,在较低的温度下(5℃和15℃)符合对数增长关系,在较高的温度下(45℃和55℃)符合线性增长关系,但超过45℃后,不同加载频率的动态模量差异较小。不同加载频率的相位角最大值对应的温度不同,加载频率越低,对应的温度也越低。动态模量主曲线和移位因子可以较好地描述加载频率和试验温度对沥青混合料黏弹性动态响应的影响。在低温高频状态下,矿料级配对沥青混合料动态模量的贡献较大;而在高温低频状态下,沥青逐渐软化,结合料对混合料动态模量的影响更为显著。     

高比例RAP热再生沥青混合料黏弹性试验

为了研究高比例RAP热再生沥青混合料的黏弹性能,采用动态模量试验对其进行性能试验,分析了混合料动态模量|E*|、相位角φ、抗车辙因子|E*|/sinφ等指标随荷载作用频率和温度的变化规律。同时,利用黏弹性材料的"时间—温度等效原理",结合最小二乘法回归了混合料的动态模量主曲线。结果表明:高比例RAP热再生沥青混合料的黏弹性能非常明显,在低温高频时,混合料表现出更多的弹性性能,在高温低频时,混合料的黏性性质更为明显。     

沥青混合料动态模量及其变化规律研究

作为一种黏弹性材料,沥青混合料力学响应特征随环境的变化而变化。为了对沥青路面响应进行力学分析,需要对其变化规律进行研究。该文以AC-16沥青混合料的动态模量室内试验数据为基础,对沥青混合料动态模量随荷载频率及试验温度的变化规律进行研究,利用Sigmoidal模型及时温等效原理拟合得到AC-16沥青混合料的动态模量主曲线和位移因子,利用WLF方程得到位移因子随试验温度变化规律的数学模型,最后给出该种沥青混合料动态模量关于试验温度和荷载频率的变化规律,以更好地模拟沥青混合料在不同的温度下随汽车速度变化,其力学响应的变化规律。     

基于温度与应变参数的沥青混合料动态模量依赖模型研究

为客观表征沥青混合料的非线性黏弹性及其温度、荷载依赖性,采用法国梯形梁试验仪开展了不同应变水平、不同温度、不同加载频率下的沥青混合料二点弯拉动态模量试验。通过引入非线性算子的方法,提出了基于温度与应变参数的沥青混合料动态模量依赖模型构建方法,建立了沥青混合料动态模量主曲面表达式,利用相关系数检验和方差分析方法评价了动态模量依赖模型的可靠性。结果表明:以足尺环道沥青混合料为基础开展的梯形梁二点弯拉试验,0℃时动态模量变异系数均值约为2.5%,45℃时动态模量变异系数均值约为6.2%,10个试验温度下动态模量变异系数均值约为4%,试验方法变异水平低、误差小,具有十分良好的平行性和可靠性;所建立的基于温度与应变参数的动态模量依赖模型表达式,决定系数R~2能够达到0.99以上,F检验的P值为0,模型对试验结果的拟合效果良好,动态模量与温度、应变水平之间具有十分显著的相关性;可采用该模型描述沥青混合料弯拉动态模量,并将沥青混合料动态模量的描述模型由主曲线转变为主曲面。在路面结构分析中使用该模型,能够更加客观地反映实际路面中的非线性响应现象,有效避免了结构分析中由于模量取值不合理,所造成的计算结果失真等问题。     

透水沥青混合料动态设计参数试验研究

透水沥青混凝土相比于传统沥青混合料具有较大的空隙率和良好的透水性。通过动态模量试验对此类材料黏弹性力学特性进行了研究,并通过非线性拟合确定了其动态模量主曲线的回归参数。通过室内试验比对3种透水沥青混合料的动态模量与相位角在不同温度、不同加载频率下的变化情况,发现相同厚度、采用同一高黏沥青的情况下,空隙率对动态模量具有决定性影响,而相位角受空隙率影响不明显。研究对透水沥青混凝土的设计和工程应用具有一定的指导意义。     

用粘弹性理论评价沥青混合料的高温稳定性

根据同济大学提出的四单元五参数模型,采用沥青混合料变形的粘性部分来评价沥青混合料的高温稳定性,认为四单元五参数模型能较好地模拟沥青混合料的高温稳定性,并根据动蠕变实验推出模型中的粘弹性参数,导出了模型中五参数与车辙试验动稳定度之间的关系。     

应用主曲线确定沥青混合料的粘弹性参数

应用频率扫描试验测定了不同温度、不同频率作用下三种沥青混合料的动模量及相位角,并应用时温叠加原理及Sigmoidal函数确定了沥青混合料在某一参考温度下的动模量主曲线及相位角主曲线。同时以广义麦柯斯韦模型的本构关系为基础,通过傅立叶变换实现了沥青混合料频域模量到时域模量的转换,并根据动模量主曲线、相位角主曲线数据计算了沥青混合料的储能模量,在此基础上确定了广义麦柯斯韦模型的粘弹性参数。结果表明,应用频率扫描试验确定沥青混合料的粘弹性参数,较其他试验方法简单易行,数据稳定可靠。     

沥青混合料动态模量数值预测方法

为了更好地预测沥青混合料的动态模量,利用工业CT采集数字图像,并与数值模拟技术相结合,从三维细观尺度研究了混合料结构对其性能的影响。首先采用工业CT扫描沥青混合料试件,获取其内部的真实三维细观结构,再开发程序建立沥青混合料的三维数值试样。将沥青混合料中的集料设为弹性体,将沥青砂胶设为粘弹性体,并采用修正的广义Maxwell模型表征,拟合出Prony级数的剪切松弛模量参数,作为有限元的输入参数。最后进行不同温度和频率下的沥青混合料间接拉伸动态模量数值模拟。结果表明:预测值和实测值吻合良好,基于三维细观尺度预测沥青混合料动态模量切实可行;该方法克服了传统沥青混合料数值模拟方法的局限性。     

重复荷载下沥青混合料永久变形的粘弹性力学模型

基于修正Burgers模型推导了适用于重复荷载下沥青混合料永久变形规律的粘弹性力学模型,并利用该模型对AC20和SMA13沥青混合料三轴重复荷载永久变形试验结果进行了回归,获得了模型的参数,并对沥青混合料进行了永久变形规律的分析。研究结果表明,沥青混合料在荷载重复作用下,会出现迁移期、稳定期和破坏期3阶段变形规律;模型参数均随温度的升高而降低,但与偏应力水平无关;较高温度和应力均是导致较大永久变形的主要因素。推导出的粘弹性力学模型可以较准确地描述重复荷载下沥青混合料的永久变形规律,可以用于重复荷载下沥青混凝土永久变形的力学计算与分析。     

Micromechanical Analysis on Viscoelasticity of Asphalt Mixtures

Mori-Tanaka　equivalent　inclusion　micromechanics　theory　was　employed　to　investigate　the　viscoelasticity　of　asphalt　mixture　Asphalt　mixture　was　regarded　as　composites　which　treated　coarse　aggregate　as　a　rigid　inclusion　and　the　mixture　of　fine　aggregate,filler　and　binder　as　viscoelastic　matrix　The　constitutive　relations　of　coarse　aggregate　inclusion　and　fine　aggregate-filler-binder　matrix　were　converted　into　elastic　problems　by　Laplace　transformation　Then　the　Mori-Tanaka　equivalent　inclusion　and　average　theory　were　used　to　deduce　the 　viscoelastic　performance　of　asphalt　mixture　based　on　that　of　asphalt　mortar　in 　Laplace　space　The　result　shows　that　(1)　coarse　aggregate　inclusion　can　enhance the　viscoelastic　performance　of　fine　aggregate?filler?binder　matrix　and　viscoelastic　constitutive　relation　of　asphalt　mixtures　can　be　expressed　as　the　product　of　an　enhancement　coefficient　of　coarse　aggregate　and　the　viscoelastic　constitutive　relation　of　fine　aggregate?filler?binder　matrix;　(2)　the　viscoelasticity　of　the　complex　asphalt　mixture　can　be　predicted　from　the　viscoelasticity　of　the　homogeneous　fine　aggregate?filler?binder　matrix　by　using　the　nhancement　coefficient;　(3)　the　enhancement　coefficient　is　higher　than　10　and　it　rises　with　increasing　of　coarse　aggregates'　volumetric　fraction　or　Poisson's　ratio　of　fine　aggregate-filler-binder　matrix　but　the　effect　of　the　former　is　more　important　than　that　of　the　latter     

动荷载作用下的沥青混合料间接拉伸试验参数研究

基于动态测定方法确定的沥青混合料的参数能真实反映沥青混合料对运动车辆荷载的响应,正确表现沥青混合料本身的粘弹性性质的优点。利用英国多功能气动沥青材料试验机Cooper NU-14测定了6种沥青混合料在5、10、15和20℃时的动态间接拉伸试验参数,用二次多项式对试验结果进行了拟合,重点分析了试验温度对动态间接拉伸试验参数的影响。结果表明,6种沥青混合料动态间接拉伸劲度模量值均在一定范围内,而试验荷载、劲度模量与温度回归方程的相关系数均达到0．9812以上,试验荷载与劲度模量回归方程的相关系数均达到0．9986以上。     

基于动态模量试验的沥青混合料老化性能研究

为研究沥青混合料老化过程中的动态特性,对在不同温度条件下经受不同频率的动荷载的沥青混合料在不同老化期的动态模量进行试验,分析温度和荷载频率对动态模量及相位角的影响,采用车辙因子对沥青混合料的高温稳定性进行评价,并根据时间温度等效原理建立了不同老化程度的动态模量主曲线。研究结果表明：老化沥青混合料的动态模量和相位角具有明显的温度和频率依赖性,老化使沥青混合料动态模量增大,相位角减小。动态模量主曲线研究结果表明老化使沥青混合料的动态模量在整个温度（或频率）范围内变化幅度减小。     

宽应力比条件下的沥青混合料疲劳特性:改进的S-N模型

为了避免采用分段函数的不方便性和弥补传统S-N疲劳方程分析宽应力比条件下沥青混合料疲劳特性的不足,揭示了应用反曲函数( Sigmoidal Function)描述宽应力水平下沥青混合料疲劳规律的适用性,通过原材料试验及配合比设计,确定了沥青混合料级配和最佳油石比,利用MTS810( Material Test Syst...