沥青混合料蠕变试验的数值模拟研究

对ACIO型沥青混合料圆柱型试件进行5级单轴静载蠕变试验,提取反映沥青混合料粘弹性的Burgers模型参数。结合此参数展开对沥青混合料的粘弹性分析,将提取的Burgers模型参数导入FLAC3d典型蠕变模型中,进而模拟蠕变试验进程。结果显示,FLAC3d能够较好地模拟蠕变试验。     

沥青混合料劈裂试验数值模拟

应用有限元软件ABAQUS,采用合适的材料模型建立有限元模型,模型网格按不同密度进行划分,对沥青混合料劈裂试验进行二维与三维数值模拟对比研究。通过研究,对劈裂试验中沥青混合料试件内的应力、应变分布及变形特性和变化规律有了深入的认识,并据此得出沥青混合料的强度参数。结果表明,有限元模拟中,网格划分密度、划分形式对模拟结果有较大影响;对于不同的沥青混合料,其劈裂试验模拟应以相应材料的单轴抗压试验结果为材料特性进行定义;经三维模拟及理论对比验证,简化二维模型在一定条件下是可行的。对沥青混合料性能试验进行数值模拟研究,是一种形象直观、快速高效的研究手段,对沥青混合料研究水平的提高有一定意义。     

沥青混合料断裂数值模拟进展

以沥青混合料为建筑材料的沥青路面是我国高等级公路的主要铺面形式,裂缝是造成沥青路面破坏的主要原因之一。研究沥青混合料的开裂机理有助于优化沥青混合料的设计,提高其抗裂性能。数值模拟是研究沥青混合料断裂的有效手段。但是,由于沥青混合料组成材料的多相性和细观结构的不均匀性,沥青混合料的断裂模式非常复杂。尽管目前断裂力学理论和数值模拟手段取得了很大进步,沥青混合料的断裂模拟问题还处于探索阶段。本研究总结了基于经典断裂力学理论的有限元方法、内聚力模型的有限元方法、细观结构模型的有限元方法和细观结构模型的离散元方法在沥青混合料断裂模拟中的应用和取得的成果。在分析各种数值模拟方法优劣的基础上,展望了今后的研究重点。在有限元方面,建议进一步研究基于沥青混合料三维细观结构的有限元方法,重点解决三维细观结构构建、计算收敛性和单元畸变问题。在离散元方面,建议进一步研究基于沥青混合料三维细观结构的离散元方法,重点解决计算效率和细观断裂本构模型问题。     

基于弹性原理的沥青混合料细观模型数值模拟

由于传统基于连续介质的沥青路面力学分析未考虑沥青混合料细观结构对其宏观性能的影响,该文基于数字图像识别技术,建立沥青混合料细观尺度下的二维有限元模型,赋予两组分弹性参数,进行数值模拟分析;最终获得了AC-25、AC-30、ATB-25共3种级配沥青混合料的应力、应变场.模拟结果表明:良好的细观结构能形成更均匀的应力、应变场,传统沥青混合料设计法忽视了细观结构对宏观性能的影响,导致沥青混合料材料设计性能与实际性能之间存在着差异.     

基于图像识别的沥青混合料有限元建模

综合数字图像识别技术、几何形状矢量化原理和有限元网格自动生成理论,得到能够应用于力学计算的有限元模型。首先识别出二维混合料的细观结构,然后通过几何形状矢量化原理将细观结构矢量化,最后利用有限元网格自动生成技术得到沥青混合料细观结构的有限元网格模型。以马歇尔试件为例,证明该法是可行的。     

重复荷载下沥青混合料变形的数值模拟

采用加载0.1 s、卸载0.9 s的半正弦波间歇荷载模拟路面实际的车辆荷载,利用线性Drucker-Prager蠕变模型对重复荷载下AC-13C基质、改性沥青混合料的变形进行黏弹塑性数值模拟,预测得到的变形与实测变形相比非常一致。沥青混合料的蠕变应变随着时间的增长而增大,初期增长率大而后期增长率小。在沥青混合料未屈服时,蠕变应变就是沥青混合料的永久应变;当沥青混合料发生屈服,产生了不随时间变化的塑性应变,此时蠕变应变加上塑性应变即为沥青混合料的永久应变。结果表明线性Drucker-Prager蠕变模型可以预测重复荷载作用下沥青混合料的变形,可用于移动荷载下沥青混凝土路面结构的力学响应分析。     

基于温差评价方法的沥青混合料渗水系数试验与数值模拟

为了快速检测密级配沥青混合料渗水系数,提出一种采用路面表面温差评价路面渗水系数的新方法。对沥青混合料空隙率与渗水系数的关系进行了分析;通过室内试验研究了不同渗水系数的沥青混合料试件在相同照射条件下的失水质量、失水率和表面温差;通过数值模拟计算了饱水后沥青路面表面温度随太阳辐射的变化规律;分析了季节对表面温差的影响,并将数值模拟结果与室内试验结果进行了对比分析。结果表明：饱水后的试件通过室内模拟太阳辐射照射一段时间后,随着渗水程度的增加表面温差逐渐增大,最大温差值达5.7℃;太阳辐射强度与路面表面温差直接相关,最佳评价时段为9：00~14：00;夏季路面表面温差最大,亦为最佳评价渗水系数季节。     

基于各向异性的沥青混合料车辙模拟分析

为了深入研究沥青混合料的各向异性对车辙计算的影响,利用沥青混凝土各向异性参数,结合有限元分析软件Abaqus建立路面计算模型,进行车辙板试验模拟及有效性验证,从细观结构实现各向异性度及材料非均质性模量比的调整,从宏观角度调整各向异性参数,在不考虑温度场的情况下,计算在10万次标准荷载作用下的车辙,得到参数变化对车辙发展的影响性分析。结果表明:随着细观结构各向异性度及模量比的增加,车辙量均逐渐减小;无论是泊松比、弹性模量、还是剪切模量,其各向异性度对车辙计算均有一定的影响,随着各向异性度的增大,竖向位移逐渐减小;当垂直方向上的弹性模量、泊松比、剪切模量同步增大,车辙的变化率相对于其单独变化时明显增大;蠕变应变各向异性度的变化对车辙计算有显著影响。     

沥青混合料压实空间的数值方法研究

沥青混合料路面结构层厚与集料最大公称粒径的比例是影响沥青路面质量的重要因素。本研究的数值模拟计算结果认为,公路沥青路面施工技术规范2004版中对这一比例值的修改较之94版的规定更为合理,但对于近年来流行的嵌挤密实型等粗级配,这一比例的确定还需更多的考虑与工程实践。结合数值计算结果,研究提出了各类级配层厚与最大公称粒径比例的建议值。     

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。     

基于离散元方法的ATB沥青混合料离析模拟

为了分析ATB沥青混合料的堆积离析,采用离析测试仪检测混合料堆积离析程度,利用PFC3D建立了堆积离析的模型,进行了ATB沥青混合料的离析模拟和5种ATB级配模拟。结果显示:离析测试和现场测试结果高度吻合;PFC模拟的堆积离析级配分布和试验以及现场结果相近;5种级配的离析结果和实际情况相符。由此可见,离散元方法能够很好地模拟级配结构对混合料下落堆积离析的影响,通过建立的离散元模型能够模拟预测不同级配类型混合料的离析情况,对级配设计和工程施工有指导意义。     

沥青混合料动态模量数值预测方法

为了更好地预测沥青混合料的动态模量,利用工业CT采集数字图像,并与数值模拟技术相结合,从三维细观尺度研究了混合料结构对其性能的影响。首先采用工业CT扫描沥青混合料试件,获取其内部的真实三维细观结构,再开发程序建立沥青混合料的三维数值试样。将沥青混合料中的集料设为弹性体,将沥青砂胶设为粘弹性体,并采用修正的广义Maxwell模型表征,拟合出Prony级数的剪切松弛模量参数,作为有限元的输入参数。最后进行不同温度和频率下的沥青混合料间接拉伸动态模量数值模拟。结果表明:预测值和实测值吻合良好,基于三维细观尺度预测沥青混合料动态模量切实可行;该方法克服了传统沥青混合料数值模拟方法的局限性。     

用图像处理技术实现沥青混合料有限元建模

提出了一种基于图像处理技术的沥青混合料二维有限单元分析的几何建模方法.该方法将数字图像处理技术、几何形状向量化原理和有限元网格自动生成技术相结合,得到能够应用于力学计算的有限元模型.用实例验证了该方法的有效性.     

基于X-CT技术的沥青混合料三维数值化试样重建

为了对沥青混合料内部结构进行三维重构,采用德国Compact-225型工业X-CT扫描混合料试件,实现试件的三维可视化,计算出集料、砂胶、空隙的体积组成。采用自行编写的程序,实现了由三维可视化模型向三维数值化模型的转化。提出了边界空隙率的概念,通过设置一定的边界空隙率,使模型的边界空隙分布符合实际试样的空隙分布。建立了基于实际试样真实内部微细观分布的数值化试样,弥补了传统的数值方法采用统计学原理或采用对试件损伤研磨建立三维细观模型的不足,为数值化测试奠定了重要基础。     

用图像处理技术实现沥青混合料有限元建模

提出了一种基于图像处理技术的沥青混合料二维有限单元分析的几何建模方法.该方法将数字图像处理技术、几何形状向量化原理和有限元网格自动生成技术相结合,得到能够应用于力学计算的有限元模型.用实例验证了该方法的有效性.     

沥青混合料老化模拟试验方法与验证研究

应用沥青针入度、布氏粘度和DSR频率扫描等试验方法,评价了SHRP沥青混合料短期老化(STOA)和长期老化模拟方法(LTOA)的老化程度,并与经过SHRP沥青胶结料的标准短期老化(RTFO)和长期老化(PAV)方法后的沥青胶结料性能进行了对比研究。发现LTOA老化与PAV老化两者的老化程度基本相近,而STOA老化程度则要比RTFO老化严重一些。结果表明在沥青混合料性能试验评价过程中充分考虑老化因素的影响是必要的。     

基于MATLAB的沥青混合料最佳沥青用量

针对目前沥青混合料最佳沥青用量设计存在的计算步骤繁琐、设计精度差、灵活度差等问题,提出基于MATLAB的设计方法。借助MATLAB编写应用程序,实现数据的自动计算、拟合、曲线的绘制以及关键点标定,从而提高设计精度。通过实际应用,该方法可简化计算过程、减少人为估读误差,很好地解决数值计算精度问题。同时,该方法能够根据沥青混合料毛体积密度、稳定度拟合曲线有无峰值,选择相适应的计算方法,具有较高的灵活性。     

基于离散元方法的沥青混合料三轴剪切试验模拟研究

为了从沥青混合不连续特征的角度更好地评价和预估其抗车辙能力,采用离散元方法建立沥青混合料细观结构模型,并进行沥青混合料三维离散元虚拟三轴剪切试验。将模拟结果与宏观试验结果进行比较,分析模型参数与试验参数之间的关系。最后将二维虚拟试验结果和三维虚拟试验结果进行对比。结果表明:三维离散元模拟结果与试验室试验结果具有较好的相关性,且规律一致,验证了模型的正确性,可基于此模型建立评价和预估沥青混合料抗车辙能力的虚拟试验方法;三维离散元模型由于更多地考虑了材料的嵌挤作用,比二维离散元模型精度更高。     

水对沥青混合料疲劳性能影响的试验模拟研究

研究水对沥青混合料疲劳性能的影响,初步分析水使混合料抗疲劳性能下降的力学机理。本研究采用试验模拟的方法,采用4种级配沥青混合料,对试件设计了两种水处理条件,与未经水处理试件的疲劳试验结果进行对比,并运用统计分析方法对试验数据进行处理。与未经水处理试件相比,经两种水处理条件处理后试件的疲劳寿命均缩短。水使沥青混合料力学性能发生改变而使其疲劳寿命缩短,初步分析水使沥青混合料力学性能发生改变而使其疲劳寿命缩短的原因可能与水的作用使沥青混合料劲度模量指标减小有关。     

沥青混合料劈裂强度试验的离散元模拟研究

数值模拟仿真技术在沥青混合料内部细观力学行为的研究中应用非常广泛。本文应用CT扫描技术获取沥青混合料试件的截面图像,对CT图像采取环形分区结合双峰法阈值分割的处理方法,避免分离沥青砂浆与集料时集料的粘连和缺损。通过MATLAB自编程序将图像信息转换为可导入离散元模型的坐标信息,利用沥青混合料各相坐标信息实现马歇尔试件的二维离散元重建,并进行极限劈裂强度试验的数值仿真分析,发现:对CT图像进行环形分区后再处理能够提高图像信息提取的准确性;仿真试验中,模型内部应力主要分布在加载线区域,在模型中散射性分布,模型主要受压应力作用,但发生接触破坏的部位会分布着较大的拉应力;裂缝最先出现在压头的正下方,逐渐沿砂浆与集料界面由慢变快逐渐向下扩展。