基于劲度模量分析的橡胶沥青混合料疲劳寿命研究

变幅加载下沥青的疲劳损伤累积具有明显的非线性特征,传统的Miner’s线性疲劳损伤累积准则无法表征不同变幅加载次序下沥青的非线性疲劳损伤累积(NLFDA)。该研究旨在建立考虑加载次序影响的NLFDA模型,准确表征加载次序对沥青疲劳损伤累积的影响。通过开展应力控制的沥青恒幅加载疲劳试验,采用耗散伪应变能(DPSE)表征沥青疲劳损伤,分析恒幅加载下沥青的疲劳损伤累积规律;采用低-高和高-低两种加载次序,开展应力控制的沥青变幅加载疲劳试验,分析变幅加载下沥青的疲劳损伤累积规律;基于损伤等效准则,建立考虑加载次序影响的NLFDA模型,分析加载次序对疲劳损伤累积的影响。结果表明：应力控制模式下的沥青疲劳损伤,呈先缓慢后急剧的非线性增加演化趋势;恒幅加载下沥青疲劳损伤服从Miner’s准则发生线性累积,且累积寿命分数等于1;变幅加载下沥青疲劳损伤不服从Miner’s准则而发生非线性累积。低-高和高-低变幅加载次序下,沥青累积疲劳寿命随一级寿命分数的增大而分别增加和减小,累积寿命分数分别大于1和小于1;建立的NLFDA模型可克服Miner’s准则缺陷,并较为准确地表征加载次序对沥青疲劳损伤累积的影响。

     

考虑加载速度影响的沥青混合料疲劳方程

为了建立沥青混合料强度与疲劳行为之间的联系,通过不同加载速率下的沥青混合料直接拉伸强度试验,揭示了强度随加载速率的幂函数变化规律;基于不同加载速率下的强度值,得到了与疲劳加载速率对应的沥青混合料疲劳真实应力比;通过疲劳试验,创建了基于名义应力比和真实应力比的沥青混合料疲劳方程,基于名义应力比的疲劳方程后延后与横坐标的交点远比1 大,不具有后延性,而基于真实应力比的疲劳方程可以后延到疲劳寿命为1 的强度破坏点,统一了强度破坏与疲劳破坏行为;据此推导了沥青路面抗拉强度结构系数计算新方法;研究结果可为我国公路沥青路面设计规范的修订提供理论依据.     

对沥青混合料疲劳性能的研究

路面在使用过程中,不仅受到车辆的反复作用,而且受到路面在环境温度交替变化时所产生的温度应力的作用,长期处于应力应变反复变化的状态,材料的强度逐渐衰减.当荷载作用超过一定次数以后,路面出现疲劳破坏.因此,研究沥青混合料的疲劳特性对提高沥青路面的使用品质和使用寿命具有十分重要的意义.     

变幅荷载作用下沥青混合料的疲劳损伤试验

为了深入研究沥青混合料的疲劳性能,解决现有疲劳性能研究中没有考虑实际路面所受荷载是变幅、重复的加卸载过程这一关键问题,本文通过加载顺序和加载幅值对沥青混合料粘弹性指标的影响进行试验研究,分析了变幅荷载作用下沥青混合料劲度模量、相位角的变化,并选取耗散能作为损伤变量分析了变幅荷载下沥青混合料的疲劳损伤。试验结果表明:劲度模量与应变加载顺序有关;在低高加载顺序中,相位角在两阶段都表现为随着荷载作用次数的增加而增大,在高低加载顺序中,相位角的变化与高低应变的幅值相关;应变在高低顺序加载下累积耗散能要高于低高顺序下的累积耗散能;当采用的前后加载幅值较大时,这种现象更加明显。     

基于劲度模量分析的橡胶沥青混合料疲劳寿命研究

为了准确地预测橡胶沥青混合料的疲劳寿命（N_f）,分析N_f与劲度模量衰减量（SMD）、劲度模量衰减量相对变化率（SMDR）的相关性,根据累积劲度模量衰减量相对变化率（CSMDR）分别建立了其与疲劳荷载次数的函数关系式和损伤模型,基于SMDR与损伤演化速率的相关性分析建立了疲劳方程。结果表明：应用SMD不能很好地预测N_f,SMDR表征了产生损伤变形的劲度模量衰减量占总衰减量的比例,可用于损伤演化分析和N_f预测;建立的函数关系式和损伤模型能分别准确地刻画CSMDR的变化特征和非线性损伤演化规律;建立的疲劳方程能准确地预测橡胶沥青混合料的N_f。     

疲劳累积损伤对发动机缸盖再制造的影响

通过对新、旧发动机缸盖取样进行疲劳试验,对比了其SN曲线,结果发现：应力幅较大时,新、旧缸盖材料的疲劳寿命相差明显;应力幅较小时,新、旧缸盖材料的疲劳寿命相差不大,表明旧发动机缸盖材料的损伤程度随着应力幅的增加而增大。因此当发动机经过再制造后,有可能因为累积损伤的原因存在安全隐患。     

老化沥青混合料粘弹性疲劳损伤模型研究

为了较真实反映沥青路面服务期的疲劳损伤特性,从粘弹性材料的基本特性出发,通过本构方程和耗散能的定义构造了耗散能的泛函,定义耗散能为损伤变量,建立基于Burgers模型的老化沥青混合料粘弹性疲劳损伤模型,通过直接拉伸试验确定沥青混合料的粘弹性参数,求出损伤函数、损伤演化方程,提出一种考虑疲劳过程中老化程度对疲劳损伤影响的累积疲劳损伤计算理论与方法,为沥青混合料在不同老化程度下的疲劳寿命预估提供了依据。根据疲劳损伤模型推导出沥青混合料临界损伤度、疲劳寿命计算公式,并对其进行计算比较,精度满足要求,从而验证了粘弹性疲劳损伤模型的合理性。     

两种粘结料对泡沫沥青冷再生混合料性能的影响

通过加速加载试验、低温弯曲试验、飞散试验研究了泡沫沥青和水泥两种粘结材料对泡沫沥青冷再生混合料(CRMFA)长期高温抗变形能力、低温抗裂性以及抗松散性能的影响。研究结果表明:对CRMFA的长期高温抗变形能力而言,存在一个最佳泡沫沥青用量;增加水泥掺量有助于提高CRMFA的长期高温抗变形能力。CRMFA的低温柔韧性随泡沫沥青用量的增大而提升,但随水泥掺量增加呈抛物线变化规律,为保证CRMFA具有良好的低温抗裂性能,水泥掺量宜小于2wt%。CRMFA的抗松散性能较差,增加泡沫沥青用量可有效降低其松散性;水泥掺量在1.5wt%~2.5wt%时,对CRMFA抗松散性的改善作用不显著。     

高模量沥青混合料应用综述

高模量沥青混合料(High Modulus Asphalt Concrete)能够减少路面结构的变形,延缓车辙的产生,改善路面的疲劳性能,延长路面的使用寿命。目前HMAC在国外已经比较成熟,并且已有相应的规范标准,而我国刚刚起步,针对高模量沥青混合料,应进一步研究,形成符合我国国情的成套技术。     

聚醚醚酮基复合材料的疲劳寿命表达式及累积疲劳损伤预测

通过对短碳纤维增强聚醚醚酮基复合材料的疲劳寿命试验数据的分析，给出了其疲劳寿命表达式，进而给出了适于两级不定载荷谱下累积疲劳损伤度及其概率分布区间的预测方法。     

浅谈室内沥青混合料配合比设计注意事项

本文就试验人员进行室内配合比设计时,如何规范操作和进行数据分析,减小试验数据的变异性,以及优化沥青混合料配合比组成设计应注意的事项,谈谈作者的几点看法。     

确定性疲劳累积损伤理论进展

著名的Miner-Palmgren线性累积损伤理论的提出已有70余年，但由于疲劳问题的复杂性，迄今为止还没有一个模型的工程应用价值能与该理论媲美。疲劳累积损伤理论仍在发展与完善中。文章根据疲劳损伤与疲劳累积损伤理论的特点，将确定性疲劳累积损伤理论分成两大类，即线性累积损伤理论和非线性累积损伤理论，并将主要的非线性累积损伤理论分成五类：a. 基于损伤曲线法的非线性累积损伤理论；b. 基于材料物理性能退化概念的非线性累积损伤理论；c. 基于连续损伤力学概念的非线性累积损伤理论；d. 考虑载荷间相互作用效应的非线性累积损伤理论；e. 基于能量法的非线性累积损伤理论。文章分析了每一类模型中有代表性模型的物理背景，回答了模型在疲劳累积损伤理论中存在的主要问题，简要评述了模型的优缺点，讨论了确定性疲劳累积损伤理论的几个关键问题。     

结构风振的概率疲劳累积损伤

本文通过考虑脉动风压的随机过程性,利用风荷载的规范标定方法和结构疲劳试验结果,从结构风振随机反应分析着手,提出了基于疲劳累积损伤机制的抗风结构疲劳可靠性和寿命估计的分析方法,并通过一典型单自由度结构说明了此方法的应用。     

玄武岩纤维对老化沥青混合料路用性能的影响

为研究玄武岩纤维对老化沥青混合料路用性能的影响,通过车辙试验、低温弯曲小梁试验、浸水马歇尔试验和冻融劈裂试验研究了玄武岩纤维对沥青混合料抗老化性能的作用。试验结果表明:虽然玄武岩纤维沥青混合料的动稳定度随老化时间增加,但相对于普通沥青混合料而言,其增加的幅度减缓,提出采用相对变形率作为老化性能评价指标;玄武岩纤维延缓了沥青混合料老化性能的衰变,使得老化后的混合料低温抗裂性改善;经短期老化和长期老化后玄武岩纤维沥青混合料水稳定性能均优于普通沥青混合料,且玄武岩纤维显著降低了长期老化试件的未冻融劈裂强度,因此在应用中应适当增加碾压次数。     

粗集料压碎后沥青混合料性能的评价

沥青路面施工过程中,粗集料压碎后沥青混合料的性能发生了重大改变,严重影响了沥青混合料性能和使用品质。提出了粗集料压碎后沥青混合料性能的测试方法;通过试验测试了粗集料被压碎前、后沥青混合料高温抗变形性能和水稳定性的差异性。研究结论为沥青路面施工质量的控制提供了有力的依据。     

高温持续荷载作用下复合纤维对沥青混合料稳定性的影响

为了研究复合纤维沥青混合料在高温持续荷载作用下的稳定性,根据工程中常用纤维和已有研究成果,选用了三种复合纤维,对沥青混合料的变形发展规律及内部空隙结构特征开展试验研究。首先采用加速加载试验,对不掺加纤维和掺加复合纤维的沥青混合料在高温持续荷载作用下的横断面变化和车辙深度进行分析;再利用X-CT扫描技术与VG软件三维重构功能,研究不同纤维沥青混合料的空隙组成及形态特征演变规律。结果表明:高温持续荷载作用下,掺加纤维混合料横断面变形呈现"W"字型,不同纤维在沥青混合料中发挥"加筋"、"增黏"、"吸油"的协同作用,能显著减小沥青混合料的流动变形,且掺加复合纤维III的混合料流动变形最小;掺加不同复合纤维的沥青混合料可采用y=a-b·ln(x+c)进行车辙深度预估。加速加载试验后,掺加三种复合纤维的沥青混合料空隙率最大仅增加7%,分形维数仅降低不到0.5%,表明掺加三种复合纤维基本不改变沥青混合料的空隙结构特征,而且在高温持续荷载作用下,可较好地保持沥青混合料内部空隙的三维形态特征,进而改善沥青混合料的抗变形能力。     

复合材料单钉接头疲劳累积损伤破坏分析

基于时间增量原理 , 推导了层合板接头疲劳加载累积损伤应力2应变分析的虚功方程。同时 , 引入Hashin三维疲劳失效准则进行材料的损伤判定 , 并结合建立的疲劳加载材料退化模型、 4种基本损伤机制相互关联作用的材料性能退化方法及复合材料接头最终失效判据 , 建立了层合板接头疲劳载荷作用下三维累积损伤分析的寿命预测方法。最后 , 对层合板接头拉2拉疲劳载荷作用下的损伤累积扩展与失效规律进行了仿真分析 , 并与试验结果进行了对比 , 结果表明 : 本文中建立的寿命预测方法能够很好地预测层合板接头的寿命以及损伤发生、扩展及最终失效。      

增韧型环氧树脂含量对沥青混合料性能的影响

针对环氧沥青材料在钢桥面铺装中的应用,制备了增韧型环氧沥青混合料。测试了树脂用量对沥青混合料马歇尔稳定度和施工可操作时间的影响,并评价了不同树脂用量下增韧型环氧沥青混合料的高温稳定性、低温抗裂性、水稳定性能及抗疲劳性能。结果表明:增韧型环氧树脂用量对沥青混合料的性能有显著影响,当其用量为40%时,增韧型环氧沥青混合料具有优异的路用性能,且施工可操作时间较长。增韧型环氧沥青混合料能够满足钢桥面铺装对材料性能的要求。     

聚酯纤维在沥青混合料中的应用

当前公路交通向着交通密度大、轴载重、渠化交通的方向发展,对道路的使用性能提出更高的要求,沥青混凝土路面作为主要的路面结构形式,要提高其路面使用性能,提高沥青混合料性能是关键,而掺加聚酯纤维是目前工程界较为关注的提高沥青混合料性能的技术措施之一。