基于数字图像与颗粒流程序的沥青混合料单边切口梁试验

为了在细观尺度下模拟沥青混合料的断裂过程,借助数字图像技术获取了1.18 mm粒径以上的沥青混合料细观结构,运用离散元程序PFC2D内置"Fish"语言,构建了包含粗骨料、沥青胶浆和空隙在内的沥青混合料非均质虚拟试件,对虚拟试件微观组成成分之间的接触赋予了相应的微观接触模型,采用离散元方法实施了单边切口小梁虚拟3点弯曲试验。研究结果表明:自定义时步大小功能可以大幅提高非均质离散元模型的运算效率;采用沥青胶浆动态模量作为静态模拟时接触刚度所对应宏观参数更为合适;参数校准后模拟得到的整体断裂响应与室内试验结果之间的联系较好;仅采用试件单面图像信息构建模型进行力学性能预测缺乏可信度;基于离散元程序的虚拟试验方法可以作为研究沥青混合料断裂行为的辅助手段。     

非均质沥青混合料劈裂试验全过程数值模拟

为了分析非均质特性对沥青混合料劈裂试验的影响,应用真实破裂过程分析系统,全过程模拟了考虑均质度影响的沥青混合料劈裂试验,并假定沥青混合料强度参数符合Weibull分布,分析了劈裂过程中应力分布状态和裂纹分布状态,同时对AC-10沥青混凝土马歇尔试件进行了劈裂试验,模拟了劈裂破坏过程.结果表明:裂纹状态随均质度的减小趋向离散,高均质度的试件劈裂裂纹状态更具有规则;受非均质基元体随机分布的影响,试件劈裂过程中的应力分布呈现出多峰值现象;马歇尔试件的数值试验和物理试验具有相同的劈裂过程.     

沥青路面纹理特征细观结构数值分析

为了研究沥青路面纹理特征对路表细观结构力学稳定性的影响,应用有限元软件建立沥青路面路表细观结构有限元模型,分析了骨料出露高度、骨料出露形状、骨料表面粗糙度对沥青路表细观结构应力状态的影响作用。研究结果表明,骨料出露高度是影响沥青路表细观结构受力状态的主要因素,在满足抗滑性能的前提下将骨料出露高度控制在2mm范围内对于减小沥青路表因强度不足而产生的破坏具有重要作用;骨料出露形状越对称,对于沥青路表结构受力越有利,采用形状对称的面层骨料可以增强路面结构使用性能;通过增大骨料表面粗糙度的方式提高路面抗滑性能不会降低沥青路面细观结构力学稳定性。路表纹理特征细观结构数值分析结果对于沥青路面表面纹理设计提供了一定的理论基础。     

二维数字试件中骨料模型分析

建立混凝土的细观数字试件,进行数值模拟试验,探讨骨料体积率、骨料级配对混凝土的力学性能的影响具有重要的意义。二维数字试件是采用广泛的一种模型,其中的骨料面积率、剖面级配与三维模型中的骨料体积率和体积级配的关系还没有专门的探讨,然而此项工作对二维数字试件的建立与应用具有很大影响。本文以计算机试验为手段,针对随机的三维骨料投放进行大量的计算机模拟试验,阐述骨料面积率、剖面级配与骨科体积率和三维级配的规律,建立了二维数字试件模型中骨料模型,为二维细观数字试件的研究奠定了基础。     

粗集料分布形态对沥青混合料疲劳性能影响研究

为分析粗集料的分布形态对沥青混合料疲劳性能的影响,选择粗集料棱角性和混合料内部接触状态2个细观特征作为粗集料分布形态参数,利用MATLAB等图像软件分析并提取粗集料在沥青混合料中的细观特征,同时生成虚拟的二维沥青混合料试件。利用交互手段将虚拟试件导入离散元PFC2D软件,编辑设置相关细观参数和模拟间接拉伸室内虚拟实验的代码,完成离散元模拟实验。结果表明：定义的棱角性参数在110 000～130 000之间时,存在一个抗疲劳破坏的强度峰值;在级配正常的接触对范围内,接触对数量与沥青混合料抗疲劳破坏性能呈现一定的正相关关系。     

沥青混合料单轴压缩试验的细观分析

运用基于离散元法的二维颗粒流程序PFC2D模拟沥青混合料单轴压缩试验,选择连续密级配AC-13作为研究对象,得到模拟试验与实际室内试验试件的应力-应变曲线,二者的结果较吻合。输出模型图、颗粒间接触力图、颗粒位移图,从细观角度分析沥青混合料的性质,分析结果更加准确、合理,克服了单纯从宏观角度分析沥青混合料性质的片面性。     

尺寸效应对沥青混合料抗剪性能的影响规律研究

为研究试件尺寸对沥青混合料抗剪强度性能的影响规律,采用单轴贯入试验,研究试件高度对贯入强度和贯入高度的影响规律,引入尺寸效应系数及换算公式。同步采用有限元模型,研究数值模拟状态下的试验结果。结果表明:沥青混合料具有尺寸效应,随着试件高度的减小,试件贯入深度及贯入强度均发生变化,试验实测值与模拟曲线误差在8%以内,说明数值模拟可以较好地反映出沥青混合料单轴贯入试验结果,为研究沥青混合料尺寸效应提供新的研究方法和手段。     

混凝土抗剪强度尺寸效应的细观数值模拟

混凝土的抗剪强度关系到混凝土结构的安全。采用随机骨料模型模拟混凝土的细观结构,利用有限元方法数值模拟混凝土试件的细观损伤断裂和抗剪强度,将所得数值结果与混凝土重力坝设计规范参考值比较,结果较为吻合,从而为混凝土力学性能的数值模拟开辟了新途径。同时研究表明混凝土试件的抗剪强度存在明显的尺寸效应。     

再生沥青混合料单轴静态蠕变试验的离散元仿真

根据新拌沥青混合料细观力学研究现状,提出了基于三维离散元方法和虚拟图像技术的再生沥青混合料细观力学仿真思路,并介绍了实现过程.利用虚拟图像技术,生成基于再生沥青混合料细观结构的虚拟试件,建立了离散元细观模型,提出了细观模型参数的确定方法.利用再生沥青胶浆单轴静态蠕变试验,获得了再生沥青胶浆的细观模型参数.依据时温等效原理,进行了粘弹性参数转换,以提高模型的计算效率.采用PFC3D离散元方法,利用PFC自带的FISH语言,编制相应的程序,输入转换后得到的模型参数.使用模型参数模拟再生沥青混合料单轴静态蠕变的虚拟试验,并与再生沥青混合料室内试验结果进行对比,验证了虚拟试验的合理有效性.     

不同疲劳损伤程度下沥青混合料二维细观结构的 特征分析

对于沥青路面疲劳破坏的研究往往侧重于宏观层面,难以了解沥青混合料细观破坏所造成的影响。以AC-13C级配的沥青混合料为例,采用CT无损扫描技术与数字图像处理技术(DIP)相结合的方法,来观察沥青混合料不同疲劳损伤程度下的细观特性,分析不同损伤程度下疲劳试件的空隙率、CT数与强度、刚度之间的变化关系,得出其具有较好的线性相关性,沥青混合料的劈裂破坏及破坏位置与细观结构的变化密切相关。