交通荷载作用下脱空刚性路面的疲劳损伤机理

开发了疲劳损伤本构关系的ABAQUS用户子程序UMAT,分析了全耦合方法下基准路面结构模型疲劳损伤场的分布与发展规律,研究了交通荷载与面板弹性模量、面板厚度、脱空尺寸等路面结构参数对水泥混凝土路面结构裂纹形成疲劳寿命的影响。结果表明,随荷载作用次数的增加,路面结构的疲劳损伤不断增加,但其增幅越来越小,路面结构的荷载应力也逐渐减小;随着交通荷载的增加,路面结构的对数疲劳寿命呈线性减小趋势;随着面板厚度的增加,路面结构的对数疲劳寿命呈线性增加趋势;随着脱空尺寸的增加,路面结构的对数疲劳寿命呈幂函数曲线相关关系。     

沥青路面线性疲劳损伤特性及应力状态演变规律

为了研究沥青路面结构在车辆荷载作用下的疲劳损伤演化特性及应力状态演变规律,运用通用有限元软件ABAQUS及二次开发平台,建立考虑路面材料线性疲劳损伤的沥青路面结构数值计算模型,分析沥青路面结构在车辆荷载反复作用下路面结构损伤以及路面结构内部水平正应力的空间分布与演化规律。结果表明:路面结构损伤主要分布在双轮中心线下靠近层底的区域,随着荷载作用次数增加,基层层底与底基层层底损伤度均增加,但增加幅度逐渐减小;双轮中心线下靠近层底区域,考虑损伤的路面结构相比无损路面结构,水平拉应力均有所减小,且随荷载作用次数增加,水平拉应力逐渐减小,但减小的幅度逐渐趋缓。研究结果可用于路面维修养护中路面破坏区域及程度的判断,以及路面设计研究中设计指标的确定。     

路表温度对沥青路面疲劳损伤的影响

为准确评价温度影响下沥青路面结构的抗疲劳性能,解决采用某单一固定温度预估疲劳损伤不够精确的问题,以德国德累斯顿工业大学提出的路面温度场预估模型为例,基于Miner疲劳累积损伤定理,分析路表不同温度及其组合对沥青路面疲劳损伤的影响.通过大量实测的路表温度数据,确定不同的路表温度组合及其组合内温度区间的温度代表值,研究路面结构疲劳损伤变化的规律.分析结果表明:采用由多个温度区间组成的路表温度组合预估疲劳损伤比用某单一固定路表温度预估更精确;组成路表温度组合的温度区间划分越多,路面结构疲劳损伤预估的精度越高;温度区间划分越少,区间内选取不同的温度代表值预估路面结构疲劳损伤差异越大;温度区间内温度代表值取区间上限高温,对沥青路面结构疲劳损伤的影响远比区间下限低温影响大.     

路面材料疲劳损伤分析及疲劳寿命预估

针对路面结构在车辆荷载作用下的疲劳损伤演化及疲劳寿命,运用损伤力学相关理论建立梁式结构的疲劳损伤演化模型,并结合小梁疲劳试验,分析路面材料小梁试件在重复加载下的疲劳损伤演化规律及疲劳寿命。结果表明,对于沥青混合料、水泥稳定碎石、二灰土3种材料而言,当疲劳损伤演化模型指数p分别取4.0、7.2、6.3时,理论分析得到的小梁跨中挠度和疲劳寿命与试验结果比较接近;对于3种材料的小梁试件,随着荷载循环次数的增加,小梁底缘中点的损伤度逐渐增加,且增加的幅度逐渐增大,体现出非线性变化的规律;随着荷载循环次数的增加,小梁跨中挠度逐渐增加,且增加的幅度逐渐增大,与损伤度的变化规律一致。     

基于损伤力学原理的水泥混凝土路面疲劳损伤机理分析

水泥混凝土路面的结构特点和受力特点,决定了其破坏过程的行为特征。只有深入研究路面在破坏过程中的行为特征,才能揭示其破坏的机理。损伤力学是研究材料破坏过程行为特征的有力工具。文章基于损伤力学的原理,对水泥混凝土路面疲劳损伤机理进行分析。     

基于复杂边界的牵引车车架疲劳研究

为提高车架疲劳寿命计算精度和在设计阶段对车架寿命进行准确预测，须考虑主结构外连点处动载荷对车架疲劳的影响及耦合作用，故本文中提出基于复杂边界的车架疲劳研究方法。通过试验场整车载荷谱采集，得到其全循环损伤值，基于损伤等效原理获得多种路面组合损伤值，与全循环损伤值等效精度为99.5%。构建主结构外连点的有限元车架模型，输出复杂边界的单位应力场；基于载荷谱、台架数据建立含有鞍座、拖车系统的高精度整车动力学模型，获取外连点处动载荷；由疲劳损伤理论计算车架疲劳，疲劳分析结果由试验场路试验证，结果表明基于复杂边界的车架模型仿真精度高，结合局部优化、模型重构使车架寿命满足要求。     

疲劳损伤累加原理在沥青路面结构比选中的应用

结合新建工程实例以及中国现阶段沥青路面的服务状况,通过理论分析和实际计算,合理运用疲劳损伤累加原理进行路面结构方案的比选。在定性假定结构力学计算参量的前提下简要介绍了路面结构设计期限内疲劳损伤的计算步骤。实例工程表明,文中的分析计算思路可作为今后沥青路面结构方案比选或优化的重要参考。     

基于统计损伤理论的沥青路面疲劳失效过程分析

基于应变等价性假设,并结合统计损伤理论,建立了模拟沥青路面在载荷下变形过程的损伤本构模型。其次,在该本构模型的基础上,分析了路面变形过程中强度退化特性及疲劳失效条件,并进一步推导了在疲劳载荷下路面材料失效的判据,最后,通过分析表明本文方法的合理性与可行性。     

基于统计损伤理论的沥青路面疲劳失效过程分析

基于应变等价性假设,并结合统计损伤理论,建立了模拟沥青路面在载荷下变形过程的损伤本构模型。其次,在该本构模型的基础上,分析了路面变形过程中强度退化特性及疲劳失效条件,并进一步推导了在疲劳载荷下路面材料失效的判据,最后,通过分析表明本文方法的合理性与可行性。     

基于疲劳损伤的沥青路面设计温度及预估模型研究

针对沥青路面结构必须控制的疲劳破坏形式,以沥青层层底拉应变作为控制沥青路面疲劳开裂的指标。通过实测沥青面层层底最大拉应变与路面结构不同深度处路面温度的相关性分析,确定了沥青路面疲劳损伤的设计温度,提出了以沥青层中间温度作为沥青路面疲劳开裂分析的设计温度和试验条件。通过实测永久性沥青路面试验路每小时的路面温度和气象数据,分析了沥青层中间温度的分布规律,对沥青层中间温度与气温、路面深度之间的相关关系进行了计算分析,建立了沥青层中间温度的预估模型。结果表明,沥青路面应变响应与温度密切相关,随着路面温度的升高,沥青层底拉应变增大;沥青层中间深度处温度与沥青层底拉应变相关性最高,采用沥青层中间深度处温度能较好地评价路面结构的抗疲劳性能。