基于动态模量的沥青混合料车辙有限元分析

为探究沥青路面车辙性能,采用UTM试验机进行动态模量试验,根据Schapery和Park提出的方法将频域内的动态模量转换成时间域的松弛模量,采用WLF方程和Sig-moidal函数,利用非线性最小二乘法建立松弛模量主曲线,通过瞬态剪切模量G(0)将G(t)归一化获得剪切模量比g(t),使用1stopt里的麦夸特法(Levenberg-Marquardt)进行多元非线性曲线拟合,获得Prony级数广义Maxwell模型,得到沥青混合料粘弹性本构模型,利用Abaqus有限元分析软件建立沥青混合料数值模拟仿真模型,通过室内车辙试验验证模型可靠,表明,采用Prony级数的本构模型能够很好地描述沥青混合料粘弹特性,所建立的仿真模型能较合理地模拟沥青混合料力学响应;利用广义Maxwell模型粘弹性沥青混合料本构模型来研究沥青路面车辙性能是可行的。     

惯性矩对DSR动态测试的影响及其替代方法

以消除动态剪切流变仪（DSR）在动态测试中可能由于仪器惯性影响而失真的现象为目的,通过Arrhenius模型及Cox-Merz关系对DSR测试结果及布氏黏度（BV）测试结果进行替代性研究.结果表明：Arrhenius模型对沥青复数模量拟合效果较好;利用布氏黏度换算的稳态剪切模量来替代复数模量能有效消除沥青在黏弹性测试的高温区段里由于仪器惯性而产生的类似弹性影响的误差,并消除对材料黏弹性响应产生的误解.     

基于黏弹性原理的低标号沥青低温应力分析

通过小梁低温弯曲试验(BBR)得到了沥青的低温黏弹性特征参数,采用广义Maxwell模型构建了低标号沥青黏弹性本构模型,并应用此模型计算了不同降温速率和温度下50#沥青的低温应力,并与70#,90#沥青和SBS改性沥青进行了对比.结果表明:在相同降温速率下,SBS改性沥青的温度应力最小,50#沥青的温度应力最大,表明低标号沥青容易发生低温开裂;降温速率对沥青的温度应力有显著影响,降温速率越大,沥青的应力越大;在实际工程中使用低标号沥青必须考虑环境温度的影响,应通过低温应力的计算来确定路面结构的可行性.     

黏弹塑性普适组合模型及其工程应用

用合适的流变模型描述岩石工程的流变特性是岩石流变研究的重要内容之一,而数值软件包含的流变模型不足,影响了流变本构模型在全局范围内识别的发展.为此,首先证明了在Maxwell体上并联n-1个Maxwell体的广义Maxwell模型和串联相同数目的Kelvin体的广义Burgers模型是等效性,并提出了黏弹性模型等效的必要条件;从黏弹性等效原理出发,论证了广义Burgers模型的普适性,提出了黏弹塑性普适组合模型,进而推导了其有限差分方程.最后用紫红色黏土岩的室内试验数据证实了黏弹性组合模型等效性的存在,并用锦屏二级水电站辅助洞验证了黏弹塑性普适组合模型二次开发的可行性、正确性和普适性,为复杂材料流变模型辨识提供了一条新途径,为模型惟一性论证提供了依据.     

基于PSO-BPNN模型的氯氧镁水泥混凝土耐水性预测

为快速准确地获得具有优异耐水性氯氧镁水泥混凝土（MOCC）的配合比,设计了拓扑结构为4-10-2的粒子群优化（PSO）算法-反向传播（BP）神经网络（PSO-BPNN）模型.该模型的输入层参数为n（MgO）/n（MgCl₂）、粉煤灰掺量、磷酸掺量和磷肥掺量,输出层参数为MOCC的抗压强度和软化系数;模型数据集为144组,其中训练集数据为100组,验证集数据为22组,测试集数据为22组.结果表明：PSO-BPNN模型在MOCC抗压强度预测中的评价参数——决定系数R²=0.99、平均绝对误差S_MAE=0.52、平均绝对误差百分比S_MAPE=1.11、均方根误差S_RMSE=0.73;其在软化系数预测中的评价参数——R²=0.99、S_MAE=0.44、S_MAPE=1.29、S_RMSE=0.62;与BP神经网络（BPNN）模型相比,PSO-BPNN模型具有更强的双参数预测能力,可用于MOCC配合比的正向设计和反向指导.     

基于黏弹特性的沥青疲劳损伤演化规律分析

以疲劳过程中沥青黏弹本构模型参数的变化分析沥青的疲劳机理.首先,结合常规疲劳损伤试验和频率扫描试验设计了循环频率扫描-疲劳试验,并采用该试验测试分析了2种基质沥青在应变控制模式下的疲劳损伤演化规律;其次,建立了沥青损伤过程中黏弹参数主曲线簇变化规律,结合广义Kelvin-Voigt模型分析了沥青黏弹模型特征参数的变化规律;最后,基于敏感性分析,提出沥青疲劳损伤变量指标,并以此阐述了沥青疲劳损伤演化规律.研究发现:沥青疲劳损伤过程中,随着归一化模量值的降低,沥青黏弹参数主曲线簇均向纵坐标轴反方向移动,且其移动间距不断变化,相位角主曲线簇在高频范围内逐渐偏离低频范围时的线性趋势,复数模量-相位角主曲线簇曲线长度呈现两端先缩短后增长的趋势,沥青损耗模量-储存模量主曲线簇长度不断缩短;广义Kelvin-Voigt模型特征参数中仅E_2,E_3,E_4和η_0这4个参数存在2个明显的变化阶段.基于参数敏感性分析,提出以参数(E_2+E_3)/2作为沥青疲劳损伤变量,并验证了疲劳损伤变量变化规律与沥青疲劳裂纹扩展机制的相关性.     

天然软黏土的弹黏塑性本构模型：进展及 发展

天然软黏土由于土结构的存在表现出比较复杂的力学特性：应力应变关系的时效特征;固有各向异性和诱发各向异性;土颗粒间的胶结和大孔隙结构在变形过程中的破坏。基于上述某些试验现象,学者们提出了很多一维和三维的弹黏塑性本构模型。为了弥补现有模型对软黏土力学特征的描述考虑不足,作者在弹黏塑性力学理论的框架下,由浅入深地建立了一系列的天然软黏土的本构模型： ① 在 非结构性 土的一维压缩试验基础上建立一维弹黏塑性本构模型; ② 在 非结构性 土 的 三轴试验基础上扩展一维模型到三维弹黏塑性本构模型; ③ 在 结构性 土 的 一维压缩试验基础上扩展一维非结构性土模型到一维结构性土模型; ④ 结合前面的模型和结构性土的三轴试验现象提出三维结构性软黏土的弹黏塑性本构模型。 所有模型均得以验证。 三维 结构性 土 模型需要的试验成本同修正剑桥模型,且所有参数的确定都非常直接。     

适用于弹黏塑性本构模型的修正切面算法

针对弹黏塑性本构模型将原始切面算法进行了修正。该弹黏塑性本构模型结合了修正剑桥模型和过应力理论。首先对弹黏塑性本构模型的应力-应变关系式进行了调整,基于过应力理论给出了动态加载面硬化参数的演化方程。其次,利用切面算法对整理后应力-应变关系式进行了数值实现。在弹性试算过程中,该算法假设黏塑性应变率为常数,以此确保时间增量引起的当前应力点与动态加载面间的偏离。在塑性修正过程中,对动态加载面函数进行泰勒级数展开,依此获得黏塑性应变率增量。再次,提出了一种自动分步方法,有效地稳定了大应变步情况下算法的计算精度和收敛性。最后,对变应变率的固结试验和三轴剪切不排水试验进行了模拟,分析了修正切面算法的计算能力。     

适用于弹黏塑性本构模型的修正切面算法

针对弹黏塑性本构模型将原始切面算法进行了修正。该弹黏塑性本构模型结合了修正剑桥模型和过应力理论。首先对弹黏塑性本构模型的应力–应变关系式进行了调整,基于过应力理论给出了动态加载面硬化参数的演化方程。其次,利用切面算法对整理后应力–应变关系式进行了数值实现。在弹性试算过程中,该算法假设黏塑性应变率为常数,以此确保时间增量引起的当前应力点与动态加载面间的偏离。在塑性修正过程中,对动态加载面函数进行泰勒级数展开,依此获得黏塑性应变率增量。再次,提出了一种自动分步方法,有效地稳定了大应变步情况下算法的计算精度和收敛性。最后,对变应变率的固结试验和三轴剪切不排水试验进行了模拟,分析了修正切面算法的计算能力。     

PE分子结构对改性沥青黏弹性能及微观结构的影响

利用动态剪切流变仪、荧光显微镜等手段研究不同结构PE改性沥青的黏弹性能、微观结构、黏温特性等,从聚合物分子结构的角度阐述改性沥青性能的差别及原因。结果表明:改性沥青在相同温度下的储存模量G'和损失模量G″由大到小顺序为HDPE、LDPE、VPE,储存模量G'随温度降低幅度大小顺序为VPE、LDPE、HDPE;相同温度下沥青质含量较低的ZH沥青的储存模量G'小于QHD沥青的;PE以不规则颗粒分散在沥青相中,LDPE分散最均匀,粒子为球状且直径约为20μm;HDPE的粒子形状不规则且粒径多数大于100μm;PE改性沥青微观结构及黏弹力学性能的差别是由于PE分子间距、分子柔顺性及结晶度的差异造成的;HDPE对沥青的黏弹力学性能和高温性能的提高效果最明显,HDPE合适的掺加量为4%~5%。