基于粘弹性理论橡胶沥青路面力学参数的计算分析

沥青混合料是一种热流变简单材料,沥青路面的开裂、车辙、疲劳等破坏问题都与沥青混合料的粘弹性特性有关,因此沥青混合料粘弹性参数的确定对开展沥青混合料及沥青路面研究尤为重要.以橡胶沥青路面AR-AC13为例,通过试验和理论计算确定橡胶沥青路面粘弹性参数,确立本构模型,为橡胶沥青路面进一步力学研究提供依据.     

长寿命沥青路面结构粘弹性力学响应分析

沥青混合料具有粘弹性特性,为客观反映长寿命沥青路面结构的行为特性,该文首先对SMA13和AC-10两种沥青混合料进行弯曲蠕变试验,通过拟合得到其粘弹性力学参数,随后采用三维有限元方法,对一种混合式基层长寿命沥青路面在不同温度下的力学响应进行了线粘弹性分析.结果表明:路表轮隙弯沉值、路面结构沥青层底拉应变和基顶压应变都随着荷载作用时间的增加和温度的升高而逐渐增大.低温时,沥青路面结构的粘弹性特性不明显;温度较高时,沥青路面结构的粘弹性特性表现显著,路表轮隙弯沉值、沥青层底的拉应变和基顶压应变的变化较大.     

用动蠕变试验确定沥青混凝土动态粘弹性参数

首先简要分析了四种常见粘弹性模型及同济大学提出的“四单元五参数”模型等对沥青混凝土的适用性，认为“四单元五参数”模型能较好地模拟沥青混凝土的变形性能，最后以诺丁汉仪动蠕变试验结果求出沥青混凝土动态粘弹性参数。     

基于粘弹性参数的沥青砂紫外光老化研究

采用Burgers模型研究沥青砂的粘弹性力学行为,研究粘弹性参数在沥青砂紫外光老化中的变化,分析其变化规律,评价沥青砂紫外光老化。确定紫外光老化的试验方法和沥青砂试件制作方法,对紫外光老化的沥青砂试件进行单轴压缩蠕变试验得到应变和时间的蠕变曲线,拟合了Burgers模型的4参数。对粘弹性参数随老化程度的变化规律进行研究,根据粘弹性参数随老化程度的变化研究沥青砂性能的变化规律。对不同老化程度和相应的Burgers模型4参数进行拟合得到粘弹性参数和老化程度h之间的表达式J（h）,用该关系式表示沥青砂的老化程度。     

沥青混合料细观粘弹性参数获取方法及蠕变特性研究

针对细观状态下分析沥青混合料蠕变及粘弹性能时缺乏细观粘弹性参数的问题,给出了利用质量比与比表面积不变的原则,采用将沥青混合料的矿料及其粘附的沥青逐级去除成型等效沥青混合料试件的方法,并运用不同模型来得到粘弹性参数。把剩余材料设计成等效基体试件并与标准级配AC-13C混合料进行了不同温度、不同应力下的蠕变对比实验。用Burgers模型对实验数据进行了拟合,来获取沥青混合料细观粘弹特性参数并分析了其蠕变特性,结果表明随着材料最大公称粒径的逐渐减小各级等效基体所组成的沥青混合料蠕变变形呈逐步增加的趋势,且粘弹性方程中表征瞬时弹性的弹性参数呈逐步减小的趋势。油砂比越大,瞬时弹性及粘性参数越小。随着试验温度的升高,这类等效基体材料的4个粘弹性参数均有降低,砂浆材料变软,其模量呈现降低趋势。当其他条件保持不变时,仅考虑应力变化,蠕变柔量并不总是随应力增大而增大,蠕变柔量随应力变化而变化的规律不是很突出,这些特性与参数为进一步细观分析沥青混合材料提供了试验参数获取方法和理论依据。     

纤维沥青混凝土五单元八参数粘弹性力学模型

为了准确描述纤维沥青混凝土的粘弹性变形性能,在分析其蠕变全过程变形特征和常用粘弹性模型的基础上,提出了纤维沥青混凝土五单元八参数粘弹性力学模型。通过不同纤维体积率和长径比的纤维沥青混凝土小梁弯曲蠕变试验,求解模型参数,研究纤维体积率和长径比对模型参数及沥青混凝土粘弹性能的影响,建立了五单元八参数模型表征的考虑纤维含量特征参数影响的纤维沥青混凝土粘弹性本构方程,并进行了粘弹性分析。研究结果表明:五单元八参数模型能表征纤维沥青混凝土蠕变全过程的粘弹性变形特征,与蠕变试验结果具有较好的相关性;纤维含量特征参数能综合反映纤维体积率和长径比对沥青混凝土粘弹性能的影响,在所研究的试验范围内,纤维沥青混凝土最佳纤维体积率为0.348%,长径比为324,纤维含量特征参数为1.128。     

用动蠕变试验确定沥青混凝土动态粘弹性参数

首先简要分析了四种常见粘弹性模型及同济大学提出的"四单元五参数"模型等对沥青混凝土的适用性,认为"四单元五参数"模型能较好地模拟沥青混凝土的变形性能,最后以诺丁汉仪动蠕变试验结果求出沥青混凝土动态粘弹性参数.     

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。     

高粘弹沥青砂的粘弹性模型参数研究

该文通过蠕变试验和数值模拟相结合的方法标定高粘弹沥青砂的粘弹性参数。通过小梁弯曲蠕变试验研究高粘弹沥青砂的高低温弯曲蠕变性能,得到沥青砂的蠕变柔量曲线,采用移位因子得到松弛模量主曲线,进而对试验结果进行非线性拟合得到广义Maxwell模型的粘弹性参数。采用粘弹性有限元方法对沥青砂小梁弯曲试验进行数值模拟,得到温度影响下跨中挠度和梁底弯拉应变随时间的变化曲线,并与试验曲线进行了对比。数值分析表明:沥青砂蠕变前两个阶段和试验的数据相关性较高。     

沥青砂粘弹性模型参数的试验研究

进行了沥青砂在40 ℃、5种加载应力下单轴压缩蠕变试验,选择Burgers模型分析其粘弹性,通过模型参数与加载应力相关性分析,得到了沥青砂粘弹性本构方程的一般表达式,进行模型预测值与试验结果对比,并分析模型参数对蠕变过程的影响.结果表明,Burgers模型能够描述沥青砂粘弹特性,且模型的弹性系数E1确定了蠕变曲线的初始位置(t=0),弹性系数E2控制了第一阶段蠕变曲线范围,粘性系数η1确定了第二阶段蠕变曲线斜率大小,粘性系数η2主要控制了第一阶段蠕变曲线的弯曲程度.     

重复荷载下沥青混合料永久变形的粘弹性力学模型

基于修正Burgers模型推导了适用于重复荷载下沥青混合料永久变形规律的粘弹性力学模型,并利用该模型对AC20和SMA13沥青混合料三轴重复荷载永久变形试验结果进行了回归,获得了模型的参数,并对沥青混合料进行了永久变形规律的分析。研究结果表明,沥青混合料在荷载重复作用下,会出现迁移期、稳定期和破坏期3阶段变形规律;模型参数均随温度的升高而降低,但与偏应力水平无关;较高温度和应力均是导致较大永久变形的主要因素。推导出的粘弹性力学模型可以较准确地描述重复荷载下沥青混合料的永久变形规律,可以用于重复荷载下沥青混凝土永久变形的力学计算与分析。     

沥青混合料动态黏弹性的分数阶微分本构模型

为准确描述沥青混合料的动态黏弹性力学行为,在分数阶微分Zener模型(FDZ模型)的基础上,提出了一种改进的分数阶微分Zener模型(mFDZ模型),给出了频域内动态模量、存储模量、损耗模量和损耗正切等动态黏弹性能表达式,它们满足Kronig-kramers关系。mFDZ模型参数通过两步确定,一是结合不同温度和加载频率下沥青混合料的复模量试验结果,通过Wicket图给出了mFDZ模型中与温度无关的模型参数,二是利用时间-温度等效原理与WLF方程确定了与温度相关的模型参数,同时得到了沥青混合料动态黏弹性能主曲线。将mFDZ模型与FDZ模型和Sigmoid函数经验模型进行比较,结果表明:传统Sigmoid函数经验模型和FDZ模型只能描述具有对称性的动态黏弹特性,而mFDZ模型能够准确描述沥青混合料的动态黏弹性能的非对称特性,且模型与试验结果吻合良好,克服了传统Sigmoid函数经验模型和FDZ模型的不足,为沥青混合料动态黏弹性力学行为的本构描述提供了新的思路与参考。     

基于离散单元法的沥青马蹄脂模型细观参数确定

采用离散元软件PFC对沥青马蹄脂的细观力学行为进行模拟,其中数值模型细观参数的确定是国内外研究学者公认的难题。为了解决这一难题,PFC程序采用伯格斯粘弹性模型模拟沥青马蹄脂的细观接触,并通过伯格斯模型本构行为方程推导模型参数与细观参数之间关系,然后通过室内试验将代表材料性质的宏观参数转化成细观参数,并给出具体的表达式,避免使用模型参数试算的方法,从而直接确定PFC接触模型参数。     

沥青混合料动态黏弹性分数阶导数模型

为了更加精确、全面地表征沥青混合料的动态黏弹性力学特性,基于四参数分数阶导数Zener模型(FDZ)分配微分算子后,分别得到修改五参数分数阶导数模型(MFPFD)和改进五参数分数阶导数模型(IFPFD)的本构方程,并进一步得到了模型的复数模量解析表达式。将复数模量分离实部和虚部得到存储模量、损失模量及损耗因子的系数解析表达式。采用LARE目标函数,基于时温等效原理,构造了3个模型的黏弹函数主曲线,通过拟合优度和目标函数最优值评价模型拟合的效果,并对2种分数阶导数模型进行了对比。研究结果表明：FDZ模型和MFPFD模型黏弹函数呈现相似的性质,说明FDZ模型分配微分算子后黏弹函数的特性未发生变化;IFPFD模型采用1套参数即可较好地表征沥青混合料的所有动态黏弹函数,如存储模量、损失模量、相位角、动态模量、损耗因子及Cole-cole曲线,满足Kramers-Kronig关系;与FDZ模型相比,IFPFD模型增加模型参数β,能够更好地描述损失模量的峰宽和其他黏弹函数的非对称特征。最后,IFPFD模型的参数具有一定的物理意义,而根据数值优化所得的模型参数,能确定参考温度下动态黏弹性分数阶导数的微分方程,且分数阶微分本构方程较为简单,研究结果可为沥青混合料设计和路面动力学分析提供新的思路。     

沥青混合料破坏阶段的黏弹性行为

采用基于连续破坏力学和功势原理的模型对沥青混合料破坏阶段的黏弹性行为进行研究.该模型中利用虚应变来描述沥青混合料的时间依赖性,利用破坏参数和虚劲度模量的关系描述沥青混合料的破坏特性.通过不同条件下的复数模量试验确定了沥青混合料的线黏弹性力学参数,进行了不同条件下的恒应变率压缩试验来确定沥青混合料的破坏特性.确定了破坏参数、应力的勒贝格范数和虚劲度模量之间的关系,进而用线性分段法计算了沥青混合料的黏弹性应变.利用该模型对不同条件下的恒应变率压缩试验结果进行了分析.结果表明:预测值和实测值吻合良好.     

基于黏弹模型的交叉口路面力学响应分析

为研究交叉口路面在重载和水平荷载作用下的力学响应,考虑沥青混合料在高温时的黏弹特性,建立基于广义Maxwell的黏弹力学模型,探究温度、水平荷载、竖直荷载对路面最大剪应力的影响.文中基于SM A-13、AC-16、AC-20沥青混合料动态模量的试验数据,对黏弹有限元模型的参数进行标定,建立5项Prony级数的力学模型,...     

应用主曲线确定沥青混合料的粘弹性参数

应用频率扫描试验测定了不同温度、不同频率作用下三种沥青混合料的动模量及相位角,并应用时温叠加原理及Sigmoidal函数确定了沥青混合料在某一参考温度下的动模量主曲线及相位角主曲线。同时以广义麦柯斯韦模型的本构关系为基础,通过傅立叶变换实现了沥青混合料频域模量到时域模量的转换,并根据动模量主曲线、相位角主曲线数据计算了沥青混合料的储能模量,在此基础上确定了广义麦柯斯韦模型的粘弹性参数。结果表明,应用频率扫描试验确定沥青混合料的粘弹性参数,较其他试验方法简单易行,数据稳定可靠。     

用粘弹性理论评价沥青混合料的高温稳定性

根据同济大学提出的四单元五参数模型,采用沥青混合料变形的粘性部分来评价沥青混合料的高温稳定性,认为四单元五参数模型能较好地模拟沥青混合料的高温稳定性,并根据动蠕变实验推出模型中的粘弹性参数,导出了模型中五参数与车辙试验动稳定度之间的关系。     

粘弹性材料的离散元数值分析

基于Burgers模型,应用微观力学理论和粘弹性原理,建立了均质粘弹性材料的离散单元模型,对粘弹性材料的蠕变过程进行了数值模拟,并对模拟结果与已有且经过验证的理论公式计算结果作了比较。结果表明,数值模拟结果曲线与B嶝模型的理论蠕变曲线相一致,且数值模拟与解析解的结果整体上基本一致,相比解析解的复杂繁琐,DEM数值模拟是一种更加行之有效的较简单的研究方法。但是,数值模拟的结果在卸载后的部分与解析解不很吻合。总之,DEM数值模拟可以节省大量的室内试验并提高准确性,可用于对粘弹性材料的进一步研究。