多孔沥青混合料粘弹塑性损伤模型

为合理描述多孔沥青混合料在中低温度外界荷载作用下的力学特性,基于增量型本构方程,采用Weibull损伤函数、广义Maxwell粘弹模型与D-P塑性模型,构建了粘弹塑性损伤模型．以此模型为分析手段,对不同温度和加载速率下的单轴压缩应力-应变曲线进行拟合,并分析温度与加载速率对模型参数的影响规律．分析结果表明:多孔沥青混合料粘弹参数随着温度的降低逐步退化成弹性参数,塑性模型中的体积模量和剪切模量也随温度呈现出明显的粘弹特性,塑性应变产生时对应的应变值与损伤应变阙值基本保持一致,温度及加载速率对于混合料的损伤扩展也有显著影响．构建的理论模型可以有效表征多孔沥青混合料在常温和低温下受荷时的力学损伤特性．     

沥青混合料应变-寿命疲劳方程研究

在国内外研究成果基础上,提出了合理可行的沥青混合料直接拉伸疲劳试验中试件尺寸、失效判据、控制方式、加载频率和试验温度等条件.基于不同应变水平的疲劳试验结果,分析了平均应力影响,建立了沥青混合料应变—寿命疲劳方程,可作为疲劳开裂寿命预估的依据,并提出了沥青混合料疲劳开裂拉应变的阀值和极限值.利用沥青混合料直接拉伸疲劳试验得到的应变—寿命疲劳方程能更好体现沥青混合料的疲劳特征,其疲劳开裂拉应变的阀值和极限值能充分反映沥青混合料疲劳破坏的过程.     

沥青混合料拉伸疲劳试验下疲劳损伤特性研究

利用MTS810型电液伺服试验系统对沥青混凝土小梁试件在低温下进行了常应变的等应变率加载模式的拉伸疲劳试验.试验时按三角波形加载,并考虑了不同拉伸应变水平.由试验结果得到了不同应变水平下的沥青混合料峰值拉伸应力值并计算了每个循环内的耗散能.由疲劳试验结果结合能量原理提出了一种考虑拉伸应变水平的疲劳损伤模型.     

含基层缺陷沥青路面不同面层材料抗疲劳特性机理分析

目的为探讨面层沥青混合料在含有基层缺陷结构体系中的疲劳开裂演化机理,进行了抗疲劳特性的试验研究和理论分析.方法应用连续介质弹性疲劳损伤力学的基本原理,提出适合描述沥青混合料疲劳损伤开裂的演化方程,结合室内间接张拉疲劳试验,回归确定了疲劳损伤模型的计算参数,并采用有限元的计算方法,客观地评价了3种沥青混合料面层(AC20、SBR-AC20、RM-AC20)在含基层缺陷的路面结构中的抗疲劳特性.结果3种材料虽然呈现相同的疲劳损伤演化趋势,但由于各自材料抗疲劳特性参数的不同使其具有不同的抗疲劳特性,橡胶粉沥青混合料面层表现了最高的抗疲劳寿命.结论疲劳损伤力学的计算方法能够从机理揭示沥青路面结构的疲劳损伤演化的全过程,突破了以往传统疲劳强度理论和疲劳断裂力学相分离的状态;橡胶改性沥青混合料具有优良的抗疲劳特性加之具有节约能源的特点,值得推广使用.     

浇注式沥青混凝土疲劳寿命的能量法

根据应变控制模式下的4点弯曲疲劳试验方法,用能量法研究了浇注式沥青混合料抗疲劳性能。通过多个应变水平下的疲劳试验,得出浇注式沥青混凝土的疲劳寿命与累积耗散能在双对数坐标下的线性关系。并回归出了浇注式沥青混合料在不同应变水平下疲劳寿命预测方程。用Maxwell模型分析了浇注式沥青混合料疲劳破坏与能量耗散的关系,并将滞后回线和滞后角引入到浇注式沥青混合料疲劳性能研究中,得出滞后角大的混合料有更好的抗疲劳性能。     

冻融循环作用下连续密级配沥青混合料损伤本构关系研究

为研究季节性冻土区连续密级配沥青混合料的应力-应变关系以及冻融损伤问题,基于应变等价原理和Weibull分布建立了考虑冻融作用沥青混合料的损伤本构关系。采用冻融循环条件下沥青混合料的单轴压缩试验,分析了冻融循环作用对沥青混合料力学特性的影响,并验证了损伤本构关系的合理性。结果表明,随着冻融循环次数的增加,沥青混合料的力学性能逐渐降低,冻融损伤变量逐渐增大;掺入橡胶粉和苯乙烯（styrenic block copolymers,SBS)可有效提高沥青混合的抗冻性能;所建立的本构模型能够较好地反映冻融作用下连续密级配沥青混合料的应力-应变关系;指数函数能够描述冻融损伤变量的变化规律,为分析冻融作用下沥青混合料的损伤破坏提供了新方法。     

沥青马蹄脂碎石混合料的制备及其性能

为了提升沥青马蹄脂碎石混合料(SMA)的路用性能及耐久性,采用苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物(SBS)、橡胶粉、增粘树脂、增塑组分对基质沥青进行复合改性,开发出高粘高弹改性沥青.分别以高粘高弹改性沥青、高粘沥青、SBS改性沥青作为胶结料,对比分析不同沥青制备的SMA混合料的路用性能和耐疲劳性能.结果表明:橡胶粉对沥青的弹性恢复性能及高温粘度影响较大;高粘高弹改性沥青表现出优异的粘弹性能,软化点达到92℃,5℃弹性恢复达到86%,60℃粘度达到62 000 Pa·s;采用高粘高弹沥青作为胶结材料,相比于SBS改性沥青和高粘沥青,大幅提升了SMA混合料的路用性能和耐久性能,70℃动稳定度超过7 000次/mm,0.3应力比下的疲劳次超过6万次.     

沥青混合料损伤蠕变模型试验研究

在三元件黏弹性模型基础上耦合一个连续性损伤因子,构建一个能够描述沥青混合料三阶段蠕变全过程的损伤蠕变模型。综合考虑黏弹性特性与损伤机制,推导了该模型的本构方程,分析了沥青混合料的蠕变特性。通过沥青混合料在不同应力水平下的单轴压缩蠕变实验,编制非线性拟合程序,得到模型参数和损伤演化曲线。将不同应力条件下模型预测值与实验结果进行对比,结果表明,该模型能准确反映不同应力水平下沥青混合料蠕变过程三个阶段的特征和进入破坏阶段的临界时间。     

再生沥青混合料的黏弹性动态响应及疲劳性能

为了分析废旧沥青路面材料(RAP)对热拌沥青混合料的黏弹性动态响应及疲劳性能的影响,设计了不同RAP掺量(10%、20%、30%)及不同级配(AC-13和AC-16)的沥青混合料,采用沥青混合料性能试验仪(AMPT)在不同温度和加载频率下的动态模量,之后采用时间-温度等效原理,确定了不同沥青混合料的动态模量主曲线;并对不同沥青混合料进行了单轴拉伸疲劳试验,通过简化的黏弹性连续损伤模型(S-VECD),确定了不同级配、不同RAP含量的沥青混合料的损伤特征曲线(C-S),及基于能量的疲劳失效标准与疲劳加载次数之间的关系(GR-Nf).结果表明:沥青混合料的动态模量随着温度的升高、加载频率的降低而降低,温度越低、频率越高,沥青混合料越接近弹性体,反之越接近黏性体;从不同级配的沥青混合料的动态模量主曲线中可以看出,RAP含量越高,其动态模量越高,但总体来看相差不大.疲劳试验及分析表明:RAP含量较高时,其疲劳性能较低,表明其应力松弛能力较差,因此应更加关注再生沥青混合料的抗疲劳性能.     

基于数字图像处理技术的沥青混合料微观结构有限元分析

论述一种将沥青混合料微结构和其力学行为仿真联系在一起的方法.该方法利用数字图像处理技术将计算机断层扫描(CT)图像转换为数字格式,并与有限元建模结合,使得根据CT图像建立的有限元模型可以较真实地再现沥青混合料的微结构,进行有限元分析时可以充分考虑沥青混合料颗粒和微空隙分布非均匀特性.计算分析了各向异性和空隙分布对沥青混合料劈裂试验的影响,数值计算结果发现沥青混合料颗粒和空隙分布的非均匀性对拉应力分布影响极大.研究结果表明:采用基于CT图像处理技术的有限元模型进行沥青混合料粘弹特性的研究是可行的.     

加载频率对纤维沥青混凝土疲劳性能的影响

以现象学法为基础,结合损伤力学原理,提出了纤维沥青混凝土疲劳破坏准则.通过不同频率、应力水平纤维沥青混凝土劈裂疲劳试验,研究了加载频率对沥青混凝土疲劳性能的影响,建立了不同频率下沥青混凝土疲劳寿命计算模型.试验研究和理论分析表明:疲劳加载频率越低,沥青混凝土疲劳寿命对应力水平的变化就越敏感,低速、重载交通是造成沥青混凝土疲劳破坏的重要原因.     

Micromechanical analysis of damage evolution in splitting test of asphalt mixtures

A methodology was presented relating the microstructure of asphalt mixtures to their damage behavior. Digital image techniques were used to capture the asphalt mixture microstructure, and the finite element method was used to simulate the damage evolution of asphalt mixture through splitting test. Aggregates were modeled to be linearly elastic, and the mastics were modeled to be plastically damaged. The splitting test simulation results show that the material heterogeneity, the properties of aggregates and air voids have significant effects on the damage evolution approach. The damage behavior of asphalt mixture considering material heterogeneity is quite different from that of the conventional hypothesis of homogeneous material. The results indicate that the proposed method can be extended to the numerical analysis for the other micromechanical behaviors of asphalt concrete.     

Normalization method for asphalt mixture fatigue equation under different loading frequencies

In order to analyze the effect of different loading frequencies on the fatigue performance for asphalt mixture,the changing law of asphalt mixture strengths with loading speed was revealed by strength tests under different loading speeds.Fatigue equations of asphalt mixtures based on the nominal stress ratio and real stress ratio were established using fatigue tests under different loading frequencies.It was revealed that the strength of the asphalt mixture is affected by the loading speed greatly.It was also discovered that the fatigue equation based on the nominal stress ratio will change with the change of the fatigue loading speed.There is no uniqueness.But the fatigue equation based on the real stress ratio doesn't change with the loading frequency.It has the uniqueness.The results indicate the fatigue equation based on the real stress ratio can realize the normalization of the asphalt mixture fatigue equation under different loading frequencies.It can greatly benefit the analysis of the fatigue characteristics under different vehicle speeds for asphalt pavement.     

乳化沥青冷再生混合料疲劳性能及影响因素

为研究乳化沥青冷再生混合料抗疲劳性能关键影响因素,采用应力控制模式下的间接拉伸疲劳试验,分析应力水平、水泥用量、旧料( relaimed asphalt pavement, RAP)掺量、乳化沥青类型及乳化沥青用量等因素对冷再生混合料疲劳性能的影响规律,最后,基于灰关联熵分析,对各影响因素进行了量化与比较。结果表明：乳化沥青针入度指标、RAP掺量对乳化沥青冷再生混合料疲劳寿命影响最为显著,乳化沥青用量、乳化沥青延度指标影响次之,应力水平、水泥用量影响最小。     

沥青混合料粘弹性参数及其应用

为确定沥青混合料的粘弹性参数,在10,5,0,-5,-15,-20,-25,-30 ℃下进行了应力松弛试验,采有Maxwell摸型,运用粘弹性力学相关理论对沥青混合料的粘弹性参数测定方法进行了分析,提出了该测定方法的数学模型,并用Origin软件进行了计算求解.分析指出,用累计耗散能可分析沥青混合料的疲劳破坏,累计耗散能与疲劳寿命之间存在唯一的关系,其它因素如试验方法、加载频率、加载模式、温度等对其影响不大.最后简要说明了累积耗散能的求解方法.     

聚酯纤维沥青混凝土路面的疲劳寿命计算

目的研究在沥青混凝土中加入聚酯纤维后的沥青混凝土路面的疲劳寿命．方法通过劈裂试验确定了不同温度下的聚酯纤维沥青混凝土的劲度模量，并基于损伤力学计算理论，采用平面应变有限单元法，考虑在车辆荷载和温度荷载耦合作用下对含有反射裂缝的路面体结构的疲劳寿命进行了计算．结果加入0．296的聚酯纤维沥青混凝土路面结构体的疲劳寿命提高了51％．结论在沥青混凝土中加入聚酯纤维能够增加混合料劲度模量，提高路面的疲劳寿命．     

采用离散元法分析路面结构的疲劳特征

为了在考虑疲劳损伤和恢复性能的基础上,获取路面结构在重复荷载作用下的疲劳特征,采用离散元方法建立了路面结构模型,并分析了在正弦重复荷载作用下路面结构沥青层底部的受力特性.由于路面荷载的随机性,分别以荷载大小、荷载间歇时间、荷载作用次序为考察对象,分析其对路面结构沥青层底受力特征的影响.研究结果表明:随着周期荷载作用次数的增大,沥青层底部拉应力快速增大至某一基础值,并在此基础值附近呈周期性波动,拉应变则在以一定幅值波动的同时,呈现整体水平先急剧增大后缓慢增大的规律;延长荷载作用的间歇时间,虽然一定程度上增大了拉应力和拉应变的波动幅值,但却显著降低了沥青层底拉应力和拉应变的整体水平;不同的荷载作用次序在沥青层底引起的应力应变状态不同,从小至大序列的荷载对沥青层造成的损伤明显小于从大至小序列的荷载.