沥青混合料疲劳损伤的研究

以累积损伤为基础理论，根据六种沥青混合料的劈裂疲劳试验结果，通过分析能量损耗对损伤累积的影响关系，建立了反映沥青混合料疲劳特性的能量方程。研究了疲劳损伤机理及破坏中能量的累积规律，为建立沥青混合料损伤破坏统一模型奠定基础。     

基于耗散伪应变能的沥青疲劳动力学表征

沥青的开裂和塑性变形是疲劳损伤过程中的2个耦合子进程。为了分离沥青在疲劳损伤阶段的开裂子进程及塑性变形子进程及寻求疲劳损伤进程与2个子进程的关联特征指标,基于能量力学法及动力学理论研究沥青的疲劳损伤进程、开裂子进程及塑性变形子进程。首先采用能量力学法从沥青疲劳损伤阶段不同温度下的累积总耗散伪应变能（DPSE）分离出开裂导致的累积耗散伪应变能（DPSE_c）及塑性变形引起的累积耗散伪应变能（DPSE_p）;然后采用三参数模型来匹配沥青疲劳损伤进程、开裂及塑性变形子进程的耗散伪应变能,获得了能够定量描述能量耗散演变快慢的特征能量变化率;最后基于动力学理论建立沥青疲劳损伤阶段的特征能量变化率与温度的关系,并确定表征沥青疲劳损伤进程的动力学指标。结果表明：基质沥青及SBS改性沥青的DPSE,DPSE_c,DPSE_p的特征能量变化率与绝对温度倒数呈线性关系,DPSE_p的特征能量变化率随温度的增加而增加,而DPSE_c的特征能量变化率随温度的增加而减小,其原因是随着温度的升高,沥青塑性变形发展变快,而开裂则减缓;SBS改性沥青疲劳损伤进程、开裂子进程及塑性变形子进程的活化能（163.9,70.1,91.6 kJ·mol^-1）均大于基质沥青相应进程的活化能（94.0,47.0,45.8 kJ·mol^-1）,这表明SBS改性沥青抗开裂性能及抗永久变形性能均好于基质沥青;此外,SBS改性沥青及基质沥青疲劳损伤进程的总活化能等于开裂子进程及塑性变形子进程的活化能之和。因此,可通过活化能这一动力学指标将沥青疲劳损伤进程、开裂子进程与塑性变形子进程进行关联。     

一种新的沥青混合料疲劳性能评价方法

根据Lemaitre应变等效假设,定义沥青混合料疲劳损伤参量,并在分析沥青混合料疲劳损伤过程的基础上,定义新的疲劳破坏标准。然后通过三分点小梁弯曲疲劳试验建立基于损伤理论的沥青混合料疲劳性能评价方法。重合性检验表明,该损伤疲劳模型与荷载控制模式无关,从而可以更合理的评价混合料疲劳性能。     

沥青混合料疲劳-蠕变交互作用损伤模型

为了研究沥青混合料在重复荷载作用下的疲劳特性并描述疲劳-蠕变损伤效应共同作用的过程,考虑沥青混合料具有的动态性质,从粘弹性损伤力学基本理论出发,基于应变等效假设,采用复数模量定义了损伤变量。通过分析沥青混合料在周期荷载作用下的损伤变化规律,运用疲劳-蠕变耦合损伤理论,建立了疲劳-蠕变损伤效应共同作用时的损伤演化方程,提出了体现温度及应力影响的损伤模型和疲劳寿命预测模型,并对损伤模型进行了分析。研究结果表明:构建的损伤模型满足热力学准则和物理条件;沥青混合料疲劳失效是由疲劳-蠕变损伤效应共同影响所致;利用提出的疲劳模型可以更好地预测不同温度和应力条件下的沥青混合料疲劳寿命。     

沥青混合料的温度疲劳损伤效应模拟研究

加载频率对沥青混合料的疲劳寿命影响较大,根据低加载频率的疲劳试验来模拟材料的温度疲劳,运用耗散能相关理论来分析沥青混合料的温度疲劳损伤,并进行损伤力学的分析。     

多级等幅荷载下沥青路面疲劳破坏研究

采用四点弯曲疲劳试验对沥青混合料的疲劳寿命进行了分析,并基于传统MINE疲劳损伤累积模型在多级等幅荷载沥下沥青混合料的疲劳损伤预测的弊端,结合非线性损伤模式提出了新型的沥青混合料疲劳预测模型。通过研究表明:多级荷载作用下,沥青混合料的耗散能、混合料的劲度模量及滞后角参数均表现出非线性变化趋势;由高应变水平向低应变水平转变时,沥青混合料劲度模量越易恢复;当多级荷载应变水平采用高—低,或由低—高—低的加载方式时,能有效提高沥青混合料的疲劳寿命,降低损伤进程。同时,根据多级荷载下沥青混合料的损伤变化呈一种非线性关系,建立的损伤累积模型能满足对沥青路面的疲劳损伤预测要求。     

基于能量原理的沥青混合料疲劳寿命研究

应用半圆弯曲试验,基于能量原理,研究了不同应力比作用下AC-13沥青混合料的疲劳寿命与累积耗散能之间的关系。结果表明:在不同应力比作用下,两者之间存在良好的线性关系,从而建立一个新的沥青混合料疲劳寿命预估模型     

基于损伤力学的沥青混合料疲劳寿命预估

该文根据损伤力学的相关理论,用循环耗散能定义为沥青混合料的损伤变量,在此基础上,根据疲劳试验结果推导出了损伤函数、损伤演化方程,并分析了该损伤模型与经典Miner线性损伤模型的关系,验证了该模型的非线性事实。最后应用该模型对沥青混合料的疲劳寿命进行了预估,计算结果与试验值比较接近,说明了该模型的可行性。     

AC-13C沥青混合料疲劳损伤过程强度变化规律研究

为研究沥青混合料疲劳损伤过程强度变化,以AC-13C沥青混合料为研究对象,测定AC-13C沥青混合料劈裂抗拉强度、确定疲劳荷载应力水平;测定AC-13C沥青混合料疲劳寿命;定义疲劳损伤程度0%、20%、50%、65%、80%,并对沥青混合料进行相应损伤程度的疲劳作用,然后进行疲劳损伤过程沥青混合料劈裂强度试验。结果表明:疲劳损伤程度越大,沥青混合料的抵抗荷载的能力越弱,同时材料损伤越严重,其抵抗变形的能力越弱。随着损伤程度的加大,损伤程度在前期50%以内,沥青混合料的强度衰弱较为缓慢,而在损伤后期65%-80%阶段,沥青混合料的强度衰减呈现陡降。     

德国沥青路面温度场的预估模型及应用

介绍了目前在德国沥青路面设计中所采用的温度场预估模型及其最新发展,分析了沥青路面温度场预估模型的影响因素.并且通过沥青层温度场的预估模型、温度与沥青混合料劲度模量的关系、沥青层弯拉疲劳方程和Miner疲劳损伤累积定理,阐述了温度场在沥青路面设计中的应用.     

沥青混凝土材料细观损伤演化研究

在对沥青路面芯样进行轴向压缩疲劳试验时,结合CT扫描技术拍摄了不同疲劳阶段下沥青混凝土的细观结构图像,利用CT图像计算分析试件疲劳损伤演化过程,提出相应的损伤变量并获得材料的损伤演化方程。在有限的试验研究基础上,运用该方法研究不同级配条件下的沥青混凝土的损伤演化是可行的。     

沥青混合料预缺口试件直接拉伸疲劳损伤分析

为了研究沥青混合料疲劳损伤断裂特性,应用断裂力学积分守恒定律,提出一种关于沥青混合料对称边缺口试件拉伸疲劳损伤的封闭解法,并根据有限元计算与有关试验结果的对比,确定了合适的试件缺口处应力集中系数和沥青混合料疲劳损伤特性参数,同时证明了在拉伸疲劳试验情况下所提出的沥青混合料非线性疲劳损伤模型的有效性.根据非线性有限元计算,分析了沥青混合料含缺口试件拉伸疲劳损伤开裂、裂纹扩展过程,讨论了不同阶段试件内部损伤度、拉应力的分布规律,以及它们和试件位移、疲劳寿命随预制裂纹起裂、扩展的变化规律.研究结果表明:基于疲劳损伤有限元和Paris公式的沥青混合料含缺口拉伸试件的疲劳损伤分析结果与直接拉伸疲劳试验结果基本一致,但基于Paris公式的计算结果无法反映试件在起裂和扩展初期阶段裂纹扩展速率的变化情况.     

考虑触变性的沥青疲劳过程分析

为了深入研究沥青的疲劳机理,解决现有沥青疲劳机理中没有考虑触变性的影响这一关键问题,对4种沥青进行了稳态剪切试验、疲劳试验和愈合试验。根据试验结果建立了沥青的触变模型,分析了触变性对沥青疲劳过程的影响,并将触变性的影响从沥青的疲劳过程中分离出来。试验结果表明：指数触变模型可以较好地拟合稳态剪切试验下沥青粘度与剪切时间的关系;沥青抗剪切能力随着间歇时间的增加逐渐恢复;沥青的动态模量一相位角关系曲线可以较好地反映触变性对沥青疲劳过程的影响;触变性影响分离前后,沥青的疲劳曲线存在明显差别,因此仅依据损伤机理研究沥青的疲劳是不合理的,应综合考虑损伤和触变性在沥青疲劳过程中发挥的作用。     

应用能量原理预测沥青混合料的疲劳破坏

对不同沥青品种、不同级配类型的１０种沥青混合料进行了劈裂疲劳及劈裂蠕变试验，分析了两种试验的联系及其必然性。用疲劳与蠕变的应力比分析了疲劳与蠕变试验结果的差异，并应用能量耗散理论分析蠕变累积能耗与疲劳蠕变应力比的关系，最终建立了用蠕变试验的累积流动能耗预测沥青混合料疲劳性能的统计方程。对建立的预测方法用疲劳方程等进行了检验。     

沥青混合料的低频疲劳损伤效应分析

加载频率对沥青混合料的疲劳寿命影响较大,疲劳过程中的损伤随着疲劳次数的增加而逐渐增加;耗散能、塑性应变也随着疲劳次数的增加而逐渐增加;所以损伤、耗散能与塑性应变三者之间必然存在某种联系.文中根据低加载频率的疲劳试验来模拟材料的温度疲劳,运用耗散能相关理论分析沥青混合料的温度疲劳损伤,并进行损伤力学分析,说明了粘弹性材料疲劳的本质是荷载循环过程中耗散能的增加.     

沥青混凝土路面表面裂缝的疲劳变温损伤分析

以沈阳——大连高速公路为工程背景，应用连续损伤力学理论，计入变温引起的沥青混凝土面层材料的非均匀性，对含表面裂缝的路面体进行疲劳变温有限元分析，并提出路面的疲劳损伤寿命预测方法。     

沥青混凝土材料细观损伤的数值模拟

在对沥青路面心样进行轴向压缩疲劳试验时,结合CT扫描技术拍摄了不同疲劳阶段下沥青混凝土的细观结构图像,利用细观力学及断裂力学方法建立了一细观模型,运用有限元程序对试件的宏观裂纹形成这一复杂过程进行了模拟。结果表明,该模型能有效模拟材料的损伤演化过程,在有限的实验研究基础上,运用细观力学方法数值模拟沥青混凝土的力学性能是可行的,以弥补试验的不足。     

再生沥青混合料疲劳性能试验研究

为了评价掺有再生沥青路面(RAP)材料的沥青混合料的疲劳性能,以及不同RAP材料用量对沥青混合料疲劳性能的影响,进行了室内再生沥青混合料疲劳试验研究。疲劳试验中采用了沥青路面表面层沥青混合料,选用了间接拉伸(IDT)强度试验和半圆弯曲(SCB)疲劳试验方法,进行了RAP材料质量分数分别为0%、10%、20%和30%的疲劳试验。试验结果表明:沥青混合料中RAP材料质量分数小于20%时,对沥青混合料疲劳性能影响不大,而RAP材料质量分数为30%时,疲劳性能明显下降。初步建议了表层沥青混合料合适的RAP材料质量分数不宜超过20%。     

行车荷载与温度综合作用下沥青路面疲劳损伤分析

沥青混合料的劲度模量是温度与荷载作用时间的函数,沥青路面疲劳损伤不仅与行车荷载的反复作用有关,而且需要考虑温度因素的影响。文中采用沥青结构层温度场预估模型和疲劳寿命预测方程,结合沥青混合料劲度模量和Miner疲劳损伤累积定律,预估并分析行车荷载与温度综合作用下沥青路面的疲劳损伤,进而对不同的行车荷载与温度组合作用下沥青路面疲劳损伤的结果进行比较。结果表明:温度对沥青结构层的疲劳损伤有较大的影响,随着温度的升高,沥青混合料劲度模量减小,沥青结构层的疲劳损伤增加;行车荷载与温度综合作用下沥青路面疲劳损伤比仅考虑行车荷载作用下沥青路面疲劳损伤增加30%~40%;考虑温度作用时,重载车辆对沥青路面疲劳损伤的影响更大。     

沥青混合料疲劳损伤非线性演化统一模型试验研究

通过相同条件下一组大样本沥青混合料应变控制小梁弯曲疲劳试验,将弯曲疲劳循环次数和对应循环次数的模量无量纲化后,拟合得到了一组疲劳损伤和对应循环次数比的关系曲线,发现各曲线之间非常相似,尽管各试件的疲劳寿命相差较大。对曲线族进一步分析,归纳得到了此沥青混合料疲劳损伤的非线性演化的统一模型。