沥青混合料蠕变模型的改进及其参数确定

现有力学模型不能全面描述沥青混合料的蠕变,因此根据沥青混合料三阶段的蠕变特性,对Burgers模型中表征粘性流动的外部粘壶进行改进,认为其粘滞系数先增大后减小.推导了改进模型的本构方程,得到了蠕变应变、蠕变速率和蠕变加速度的解析表达式;运用最小二乘原理,建立了模型参数的确定方法;通过两个实例验证了改进模型的正确性.研究表明改进模型拟合曲线与实测应变吻合较好,相关性系数高,而且计算得到的流变时间与实测流变时间误差较小,说明该力学模型能够反映下沥青混合料第三阶段的蠕变,而流变时间Ft可作为研究沥青混合料蠕变性能的一个重要指标.     

沥青混合料蠕变损伤模型与损伤演化

为定量描述沥青混合料的蠕变特性,考虑沥青混合料在整个蠕变过程中同时存在蠕变硬化机制和蠕变损伤劣化机制,基于分数阶微积分理论,发展了一种相对简单的分数阶蠕变损伤模型,用分数阶Maxwell模型来描述蠕变硬化机制,用损伤应变来表示蠕变损伤劣化机制,并从统计学角度推导出沥青混合料的损伤演化方程;对AC-13沥青混合料进行了不同应力水平(0.179、0.358、0.448、0.537和0.716 MPa)下的单轴压缩蠕变试验,通过Levenberg-Marquardt优化算法进行了非线性拟合,确定了不同应力水平下分数阶蠕变损伤模型的参数与损伤演化曲线;为构建不同应力水平下统一的损伤演化模型,提出了一种统计量化沥青混合料损伤演化的方法,建立了蠕变损伤与损伤应变之间的演化关系。研究结果表明:在不同应力水平下,提出的分数阶蠕变损伤模型与试验结果的判定系数均不小于0.995,适用于描述包括衰减蠕变阶段、稳定蠕变阶段和加速蠕变阶段的整个蠕变过程;在衰减蠕变阶段,不同应力水平下沥青混合料的损伤都小于1.0×10-3,相对于蠕变破坏时的损伤0.8可以忽略不计,而进入稳定蠕变阶段以后,损伤逐渐增大;当沥青混合料的蠕变应力超过一定值时会发生蠕变破坏,其流值时间取决于所施加的应力水平;用二参数Weibull分布函数拟合所得的蠕变损伤与损伤应变之间演化关系的判定系数为0.992,说明可以建立不同应力水平下的统一损伤演化模型,且其参数只与材料性能和温度有关,与施加应力大小无关。      

基于Johnson-Cook黏塑性模型的沥青路面车辙计算

采用Johnson-Cook模型描述沥青混合料黏塑性本构关系,通过不同温度和不同应变率下单轴压缩试验确定沥青和改性沥青混合料的Johnson-Cook黏塑性模型参数,利用ANSYS瞬态动力学分析理论,分析了在设计年限内当量轴次和超载等不同条件下对沥青路面车辙变形的影响。结果表明:使用天然岩沥青改性沥青面层比基质沥青面层的抗车辙性能均提高20%,符合沥青路面车辙变形实际情况;基于Johnson-Cook黏塑性模型的车辙计算方法,为沥青路面车辙研究提供了一种新的思路和技术途径。     

沥青混合料粘弹性参数的测定及其在本构模型中的应用

沥青混合料粘弹性参数的测定决定本构模型中松弛函数或蠕变函数的确定,基于应力松弛试验,运用粘弹性力学相关理论对沥青混合料的粘弹性参数测定方法进行了分析,提出了该测定方法的数学模型,并用Origin软件进行了计算求解,最后举例说明了其在本构模型中的应用.     

饱和粘土蠕变特性研究及参数确定

将两种弹-粘弹性模型(Burgers和H-2K模型)的一维蠕变方程,转换成三维状态下的应力-应变-时间关系,分别推导出常应力下两种模型的轴向应变随时间变化的方程.采用分级加载法进行室内长期单轴压缩蠕变试验,结合两种模型三维应力状态的轴向应变表达式,对试验结果进行拟合,得出相应模型的本构参数.试验结果表明:饱和粘土在新增荷载作用下2～3d变形趋于稳定,Burgers模型和H-2K模型均能较好地模拟饱和粘土的衰减蠕变过程;而H-2K模型能更好地模拟土样在常应力作用下的蠕变特性.     

基于Drucker-Prager准则的岩石损伤本构模型

为解决用对数变换再线性拟合的方法求岩石损伤本构方程参数计算过程复杂、不利于计算机编程的问题,引入岩石应力-应变曲线特征参量,并考虑岩石应力-应变曲线的极值条件,给出了模型参数的解析式,从而建立了新的岩石损伤本构模型.通过与砂岩试件三轴压缩试验结果比较,证明所建立的模型可以很好地反映岩石的应力-应变关系.通过对参数m和F0的讨论,认为m和F0分别代表了岩石的脆性和强度,而弹性模量是参数m和F0的共同反映.     

利用虚应变分析沥青混合料的粘弹性质

沥青混合料是典型的粘弹性材料之一,其行为特性较为复杂,利用虚应变则可以简化沥青混合料的粘弹性分析过程。对Superpave13沥青混合料进行了不同条件下的复数模量试验,并将试验结果转化为沥青混合料松弛模量的Prony系列表达式;分别进行了半正弦荷载试验和恒应变压缩试验,利用松弛模量计算了虚应变,并对采用虚应变的沥青混合料粘弹性本构关系进行研究。结果表明,利用虚应变可以消除粘弹性材料的应力-应变滞后效应和对荷载作用速度或时间的依赖性,而且应力-虚应变呈线性关系,从而可以利用广义弹性-粘弹性对应原理对混合料的行为特性进行分析,达到简化粘弹性分析的目的。     

利用虚应变分析沥青混合料的粘弹性质

沥青混合料是典型的粘弹性材料之一,其行为特性较为复杂,利用虚应变则可以简化沥青混合料的粘弹性分析过程。对Superpave13沥青混合料进行了不同条件下的复数模量试验,并将试验结果转化为沥青混合料松弛模量的Prony系列表达式;分别进行了半正弦荷载试验和恒应变压缩试验,利用松弛模量计算了虚应变,并对采用虚应变的沥青混合料粘弹性本构关系进行研究。结果表明,利用虚应变可以消除粘弹性材料的应力-应变滞后效应和对荷载作用速度或时间的依赖性,而且应力-虚应变呈线性关系,从而可以利用广义弹性-粘弹性对应原理对混合料的行为特性进行分析,达到简化粘弹性分析的目的。     

Burgers粘弹性模型在沥青混合料疲劳特性分析中的应用

本将Ｂｕｒｇｅｒｓ模型作为沥青混合料的粘弹性本构模型，提出了一种根据动态试验确定Ｂｕｒｇｅｒｓ参数的方法。研究表明，并联参数Ｅｔ，η２与试验频率及温度相关，串联参数Ｅ１η则仅取决天试验频率的极限特性。此外，通过引入一个损伤函数，提出了一种应用Ｂｕｒｇｅｒｓ模型分析沥青混合料疲劳过程的方法，应用这种方法，可以计算应力控制和应变控制疲劳过程中的耗散能密度及其变化，并可根据常应变疲劳方程导出常应力疲劳     

高温作用后混凝土损伤动态本构模型研究

为解决高温对混凝土损伤问题,基于混凝土非线性粘弹性本构模型理论及损伤力学有关理论,建立了包含材料参数、动态模量等9个参数的混凝土损伤型动态本构模型,考虑到高温对混凝土动态力学性能影响显著,将高温损伤内化到对本构模型元件材料参数的影响,并根据实验所得数据,拟合得到模型在各温度下的材料参数值;将模型预测应力-应变曲线与实验所得应力应变曲线比较,结果表明:两者的峰值应力误差在5%以内;峰值应变误差在9%以内;弹性模量误差在7%以内,曲线总体拟合相似度在0.93以上,该模型能较好模拟经受高温作用后的混凝土冲击力学特性.     

沥青混合料松弛模量数值转换方法比较

为了有效获取沥青混合料的松弛模量, 比较了分别由动态模量和蠕变柔量得到松弛模量的数值转换方法, 研究了沥青混合料线性黏弹性参数的转换原理; 对同种沥青混合料分别进行了动态模量和蠕变柔量测试, 拟合了试验数据主曲线, 获得了松弛模量函数, 分析了2种数值转换法存在差异的可能原因; 考虑了不同Maxwell单元数对松弛模量计算结果的影响, 比较了不同沥青混合料的松弛模量, 验证了2种方法对不同沥青混合料的适用性。研究结果表明: 表征沥青混合料松弛模量的Maxwell单元数越少, 其主曲线波动越大, 当单元数大于11时, 主曲线间差异小于5.26%, 建议选择11个单元左右以提高计算效率; 由动态模量和蠕变柔量转换得到的松弛模量符合材料的基本松弛特性, 2条松弛模量主曲线重合度较高, 且相关系数大于0.99;对于不同的沥青混合料, 2种转换方法同样适用, 在线性黏弹性范围内, 二者的差异主要出现在较低时间区域(10-8~10-4 s), 建议实际应用中采用2种方法的平均值以减少同种试验误差的干扰; 添加温拌剂在一定程度上会降低沥青混合料的松弛模量, 相比于普通热拌沥青混合料, 添加发泡温拌剂和Evotherm温拌剂的沥青混合料松弛模量分别降低了14.69%和13.61%, 从对松弛模量的影响程度来看, 2种温拌剂的使用效果相当。      

纤维沥青胶浆及沥青混合料路用性能研究

以SMA - 10为例,通过动态剪切流变试验、简支梁弯曲蠕变试验、水稳定性试验、车辙试验以及动、静态蠕变试验、恒高度重复剪切试验和4点弯曲疲劳试验,研究了木质素纤维、矿物纤维、聚丙烯腈纤维对沥青胶浆及沥青混合料路用性能的影响.结果表明:纤维的加入可以明显改善沥青胶浆和沥青混合料的高温性能,但同时降低它们的低温抗裂性能;...     

沥青混合料静态蠕变劲度模量与动稳定度的关系

用轮辙试验的动稳定度(以下简称DS)指标反映沥青路面的高温车辙行为具有较好的一致性,但不能作为计算参数用于沥青路面结构设计。通过研究不同沥青混合料的DS和静态蠕变劲度模量的响应,试图将DS指标与静态蠕变劲度模量建立联系用作为沥青路面结构设计参数。选择了AC13和AC25两种级配、60#/70#基质沥青和5%SBS改性沥青两种结合料、花岗岩和石灰岩两种集料,分别进行了车辙试验和静态蠕变试验,其中车辙分别采用5 cm和7 cm厚度试件。结果表明,对同类型级配、结合料、集料和同一车辙厚度的沥青混合料,其DS和静态蠕变劲度模量有良好的相关性,相关系数R2高达0.9以上。但综合考虑级配、结合料、集料和结构厚度等因素后,DS与静态蠕变劲度模量的线性相关性并不理想,其相关系数R2只达到0.591 2。因此,试图将DS转换为静态蠕变劲度模量用作为沥青路面结构设计参数的可行性有待进一步研究。     

沥青玛蹄脂粘弹性模型参数分段线性拟合法

分析了沥青玛蹄脂静态蠕变曲线的特点,应用分段拟合法对曲线的起始与末尾段进行线性拟合,研究了剪切蠕变条件下沥青玛蹄脂粘弹性Burgers模型参数取值,并与传统方法进行了对比。发现在低温条件下,两种方法的平均误差基本保持在5%以内,而传统方法的最大误差超过了20%,分段拟合法仅有小时间段超过5%;高温条件下,传统方法测定Burgers模型参数比较困难,而分段拟合法平均误差小于0.01%。研究结果表明:分段拟合法误差相对较小,易于操作,是确定Burgers模型参数的有效方法。     

沥青BBR小梁试验的流变分析

以粘弹性理论为基础，采用Burgers模型表征沥青的本构关系，推导沥青材料在BBR小梁弯曲试验的蠕变规律，并利用DPS统计软件进行非线型回归，求解沥青粘弹性参数，并分析BBR试验SHRP评价方法的本质．通过Shell70#沥青BBR小梁试验流变特性的实例分析及将粘弹性参数用于预测相同温度下直接拉伸试验的应力变化特性，认为利用Burgers粘弹性本构模型表征沥青材料特性的物理意义明确，可用于评价材料的使用性能．     

锯齿形结构面剪切流变及非线性本构模型分析

为了对岩体结构面的蠕变和松弛特性进行比较分析,用水泥砂浆浇筑成不同角度的结构面试样,在岩石双轴流变试验机上对同一应力起点的规则齿形结构面进行剪切应蠕变试验和松弛试验.首先分析了的蠕变与松弛特性,其次对参数非线性流变本构模型的建立和求解进行探讨,最后采用参数非线性流变方程对试验曲线进行拟合. 试验结果表明:结构面剪切蠕变曲线和松弛曲线都可以分为瞬时、衰减和稳定3个阶段;基于能量理论分析蠕变和松弛过程,显示蠕变是能量的注入与耗散过程,而松弛主要是能量的耗散过程;建立非线性流变模型时,应采用流变力学模型理论推导其本构方程;积分法与Laplace变换法求解蠕变方程或松弛方程时,相应的初始条件不相同;考虑黏性系数是与时间相关的非定常参数,提出了参数非线性Maxwell模型的蠕变方程和松弛方程,与试验曲线拟合结果比较理想;蠕变方程和松弛方程的拟合参数值不同,表明蠕变与松弛不等价且不能相互置换.      

硅藻土改性对沥青路面低温性能的影响

为了确保硅藻土改性沥青混合料的低温抗裂性能,对3种不同的硅藻土改性沥青及沥青混合料进行一系列的室内试验研究,包括低温弯曲试验、直接拉伸试验、蠕变试验及应力松弛试验。结果表明：硅藻土改性沥青混合料能够显著改善低温抗裂性能,是一种值得推广应用的改性剂。