纤维沥青混凝土的粘弹性分析

为了研究纤维沥青混凝土的粘弹性能,制作5种20个聚酯纤维沥青混凝土圆柱试件,在MTS810材料试验机上进行单轴静压蠕变试验,试验温度为45℃。根据粘弹性力学理论,采用"四单元五参数"模型(修正的Bugers模型)模拟纤维沥青混凝土的粘弹性能,其参数值由试验数据的数值拟合获得,提出了计入纤维掺量的"四单元五参数"粘弹性本构模型。应用该模型模拟了试验的加载过程,分析了纤维掺量对沥青混凝土粘弹性的影响。结果表明:不同纤维掺量下沥青混凝土的蠕变变形增量不同,但变化规律与普通沥青混凝土是一致的;粘弹性模型计算的纤维最佳平均用量为0.18%,试验结果为0.20%,两者基本接近,因此,本研究提出的粘弹性模型可作为理论研究和材料设计的参考。     

沥青路面温度应力数值分析

应用室内试验得到的沥青混合料热粘弹性性本构模型,根据三维空间热粘弹性理论推导了沥青路面温度应力的计算公式,对沥青路面低温状态下温度应力进行了计算分析。与试验结果的对比表明,该方法可用于沥青路面温度应力的计算。     

串联型粘弹-粘塑性沥青混合料本构模型的有限元分析

为将串联型粘弹-粘塑性本构模型移植到有限元计算中,使其能够对沥青路面结构与时间相关力学行为进行有效模拟和计算,通过编制材料子程序对本构模型进行了有限元实现。三维广义Maxwell粘弹性模型采用遗传积分进行表征,利用Prony级数特性推导出卷积方程的递推公式,在应变增量条件下更新应变,获得迭代过程的刚度矩阵;微分型粘塑性本构方程基于径向回退法建立积分子步下的变量演化方程,通过N-R迭代算法解决了收敛性问题,并利用本构模型的离散化推导,建立了整体迭代过程的一致切线刚度矩阵。通过典型算例对室内试验的与时间相关性行为对比分析,验证了有限元实现的合理有效性,为沥青路面结构计算提供理论基础和实例分析。     

粘弹性中厚板非线性动力方程

采用Timoshenko理论,借鉴粘弹性厚板几何线性、弹性中厚板几体非线性粘弹性薄板几可非线性的分析方法,推导了线粘弹Timoshenko中厚板的几何非线性问题的动力方程。它是一个四元积分－非线性偏微分方程组。据此方程,可得到若干简单情况下的动力方程。     

基于叠加原理的沥青路面永久变形预估方法

分析了沥青路面产生永久变形的主要影响因素,采用"分层分区叠加思想",建立了考虑车辆重复荷载、路面材料特性及温度条件等因素综合作用的沥青路面永久变形预估方法,研究了预估模型中参数的确定方法。推导了重复荷载作用下沥青混合料的黏弹性本构模型,结合三轴重复加载试验数据研究了沥青路面各结构亚层沥青混凝土的蠕变柔量的拟合方法;通过对试验路温度进行实测,确定了年各代表温度区间内标准轴载作用次数;采用有限元方法分析了不同温度条件下沥青路面结构各亚层偏应力分布;最后运用该预估方法对綦万高速公路沥青路面的永久变形量进行了计算。结果表明:计算值和实测值基本吻合,建立的预估方法具有较高的计算精度,能够较精确地模拟沥青路面的变形规律。     

沥青路面结构的粘弹性有限元方法

引入粘弹性理论,推导了温度荷载作用下的二维粘弹性有限元格式,并用Burgers模型模拟沥青混合料的粘弹特性,根据推导出的公式,编制了有限元程序,计算在持续大幅降温条件下沥青路面结构的温度应力场。     

沥青路面高温车辙仿真分析研究

基于粘弹塑性理论粘弹塑性本构关系,运用ANSYS软件建立了津滨高速改扩建新建沥青路面车辙分析的有限元模型,对比分析了优化路面设计方案（GTM法）与原设计方案（Marshall法）路面车辙的发展规律。结果表明：GTM法优化设计方案具有较好的抗车辙效果,显著延缓了车辙病害的发生;永久变形主要由绝对车辙引起,侧向隆起仅占4％,沥青路面车辙主要产生在结构表面以下20cm深度范围以内,主要集中在4～10m范围,这部分的永久车辙变形约占总变形的60%。另外,进行了一系列重载作用下的路面车辙模拟,对基于车辙等效的轴栽换算进行了探讨,提出轴载换算系数为5.62,对今后的基于车辙为控制指标沥青路面设计具有重要的指导意义。     

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．     

不同种类纤维沥青路面高温性能的蠕变试验研究

纤维的掺入能够改善沥青路面的性能,为了研究不同种类纤维对沥青路面高温性能的影响,首先对AC-16级配的不同种类纤维沥青混合料试件进行高温蠕变试验,研究纤维种类对蠕变变形量及劲度模量的影响, 结果表明,相同时间下聚酯纤维的蠕变变形量最小、劲度模量值最大,高温性能最佳;其次,采用Burgers粘弹性模型来表征纤维沥青混合料的粘弹性特征,Burgers模型的η1值愈大代表抗永久变形能力愈强,三种纤维η1值的大小规律为聚酯纤维＞木质素纤维＞矿物纤维.     

过载条件下固体发动机药柱结构完整性分析

基于三维线性粘弹性积分本构关系，采用有限元法，对固体火箭发动机的药柱结构在复杂载荷作用下的瞬态响应进行了数值模拟。药柱结构计算分析模型由发动机主要零部件壳体、隔热层和药柱构成，药柱和隔热层采用粘弹性本构模型。分别计算分析了轴向和轴向与横向同时过载条件下药柱结构的应力应变响应，讨论了复杂载荷作用下药柱结构的应力分布、变形特征和局部危险部位。研究工作为药柱结构中各类损伤规律的深入讨论，为固体火箭发动机的设计和结构完整性分析提供一定的参考。     

沥青路面粘弹性有限元模拟方法

基于蠕变试验,测定沥青混合料的蠕变曲线,通过数学方法求得松弛模量曲线,并通过非线性拟合方法求得有限元软件ABAQUS中用于描述沥青混合料粘弹性性质的prony级数,通过对路面模型进行摄动分析,结合粘弹性材料时温等效性质,建立路面有限元动态分析模型,从而为研究移动荷载与温度荷载作用下,沥青混凝土路面的粘弹性力学响应分析提供了方法和基础。     

抗车辙的沥青路面设计问题探讨

按照现行沥青路面和沥青混合料设计法所设计的路面,难以保证道路在交通荷载、气候条件的共同作用下不出现过量车辙。而采用车辙试验以及利用三维有限元程序计算确定出的材料永久变形参数来进行车辙预估,既能够避免单轴蠕变试验的不足,又能实现路面结构设计与材料组成设计一体化。     

抗车辙的沥青路面设计问题探讨

按照现行沥青路面和沥青混合料设计法所设计的路面,难以保证道路在交通荷载、气候条件的共同作用下不出现过量车辙。而采用车辙试验以及利用三维有限元程序计算确定出的材料永久变形参数来进行车辙预估,既能够避免单轴蠕变试验的不足,又能实现路面结构设计与材料组成设计一体化。     

钢桥面铺装混合料三轴重复加载试验变形特性

为了研究钢桥面铺装材料的高温变形特性及其车辙预估方法,针对MA及SMA两种钢桥面铺装混合料,采用三轴重复加载试验评价其高温性能,并根据试验结果,通过多元线性回归得到材料的非线性计算模型参数,使用ABAQUS有限元软件,模拟三轴试验过程,将计算变形与实测变形相比较。发现两种混合料高温变形发展规律以及对不同荷载条件的响应方式不同,SMA具有优异的高温抗变形能力;有限元模拟的误差约为10%。分析结果表明:采用三轴重复加载试验和多元线性回归确定材料的非线性计算模型参数的方法可靠,模型参数可用于沥青桥面铺装的车辙变形预估。     

异质桥面铺装层的永久变形及不同材料抗车辙性能研究

常用的浇注式与环氧沥青混凝土两类钢桥面铺装材料在高温抗变形方面具有明显的性能差异。利用有限元软件hbquas对浇注与环氧两类铺装材料组成的三类铺装结构进行了在60℃时的铺装永久变形仿真模拟,其中铺装材料的高温蠕变特性采用时间硬化模型进行描述。仿真结果显示：在相同厚度的三类铺装结构中,“下层3cm注式＋上层3cm环氧”抗车辙变形能力最好,“下层3．5cm注式＋上层2．5cm环氧”次之,“下层3cm环氧＋上层3cm注式”最弱。研究表明,环氧沥青混凝土对减小铺装永久变形具有很大贡献,而舍浇注式沥青混凝土的铺装结构具有较大永久变形。研究结果为钢桥面铺装结构与材料的高温变形设计提供理论支撑。     

沥青混凝土桥面铺装层的动力有限元分析

基于汽车对桥面的动力作用,对典型的沥青混凝土桥面铺装结构建立了线弹性三维有限元模型,运用动力学基本理论和有限元方法,分析了移动荷载作用下桥面柔性铺装层竖向变形、主拉应力和最大剪应力的时程响应规律,并研究了不同车速和超载水平对桥面柔性铺装层的力学指标的影响规律,为沥青混凝土桥面铺装的研究提供了有力的支持。     

全厚式沥青路面三维有限元分析

通过选用具有代表性的全厚式沥青路面和半刚性基层沥青路面,利用ANSYS有限元计算软件,建立路面结构三维模型对路面在车辆荷载作用下的力学响应进行分析．可知全厚式沥青路面在抗疲劳损坏和永久变形方面都较半刚性基层沥青路面略胜一筹,且寿命更长．因而具有广阔的应用前景。     

凝冰条件下沥青路面与轮胎接触摩擦动力响应分析

综合考虑轮胎材料超弹性和路面材料的粘弹性、轮胎与路面间的瞬态接触摩擦作用,利用有限元软件ANSYS/LS-DYNA建立凝冰条件下轮胎与沥青路面接触的有限元模型,分析沥青路面动力响应规律。结果表明：凝冰条件下沥青路面路表弯沉在轮胎作用的区域明显增大,在没有直接作用的区域弯沉逐渐减小,且路表弯沉随着摩擦系数的增大而逐渐增大;路表水平剪应力以轮胎作用区域为中心呈反对称分布,且最大水平剪应力在轮胎经过前随着摩擦系数的增大而减小,而在轮胎经过后随摩擦系数的增大而增大。路表竖向应力在轮胎作用的瞬间出现应力集中现象,在非作用区域则很小,竖向应力随着摩擦系数的增大而减小;同时阻尼对凝冰沥青路面力学响应也有着重要的影响。     

沥青混凝土与连续配筋混凝土复合式路面承载力分析

为了防止公路的早期破坏,为长寿命路面结构研究提供理论依据与技术支持,应用有限元方法对沥青混凝土与连续配筋混凝土复合式路面进行了温度场与疲劳应力分析。分析结果表明:小于4cm的沥青混凝土面层主要用于改善路面使用性能;大于4cm的沥青混凝土面层可以有效改善路面的温度场,每增加2cm,可满足15%～20%的超载要求。可见该复合式路面能够承受重载和一定程度的超载而不发生疲劳破坏。