基于双裂缝模型的沥青道路裂缝间应力强度因子的影响因素分析

沥青道路旧裂缝周边往往会产生新的裂缝,从而演变为间距较短的平行裂缝。为研究不同温度及车辆荷载下旧裂缝对新裂缝应力强度因子的影响,对道路三维双裂缝模型进行有限元数值模拟,分析裂缝类型、裂缝间距及荷载形式等因素对裂缝尖端应力强度因子的影响关系。结果表明:低温时已有的面层裂缝或面层-基层贯穿裂缝会显著增加近距离(约在0.25m内)基层裂缝上边缘的应力强度因子,车辆荷载下已有的面层裂缝或面层-基层贯穿裂缝同样会增加近距离(约在0.25m内)面层裂缝下边缘的应力强度因子。因此,面层-基层贯穿裂缝会显著促进周边面层裂缝或基层裂缝的扩展。     

基层含裂缝沥青路面的应力分析

采用有限元法对基层含裂缝沥青路面进行分析，计算了不同行车荷载作用位置下，沥青路面层底的应力和裂缝尖端的强度因子，以及不同路面参数对层底应力和缝端强度因子的影响。分析结果指出，增加面层厚度可有效降低裂缝尖端应力强度因子的大小，从而延缓裂缝的发展。     

路面结构裂缝应力强度因子数值计算

路面裂缝尖端应力强度因子是判断裂缝开裂扩展的重要指标 .应用奇异等参元及断裂力学理论 ,对 3种荷载简化模式下路面单裂缝问题进行了数值分析 .在裂缝尖端附近采用最小二乘法回归得到了相应的裂缝尖端应力强度因子 ,同时应用有限宽板条模型进行了数值验算 .计算结果表明 ,裂缝长度与基层模量对裂缝尖端应力强度因子影响较大 ,凸形荷载作用下裂缝更易扩展 .     

半刚性基层沥青路面反射裂缝形成扩展机理与防治

半刚性基层沥青路面普遍存在反射裂缝．首先根据西尔斯和不里恩公式计算了半刚性基层中的温缩应力和干缩应力,指出它们是导致基层首先开裂的主要原因,在此基础上运用断裂力学观点阐述了沥青路面反射裂缝的两种开裂模式：剪切型,拉裂型．分别分析了行车荷载与温度荷载造成的不同破坏模式．最后针对影响裂缝形成和扩展的因素提出了3种防治措施,即增加面层厚度,改善基层的温干缩性质,设置应力吸收层．     

贫混凝土基层沥青路面温度-荷载耦合应力分析

为了分析贫混凝土基层沥青路面在不同路面结构和材料参数下的温度-荷载耦合应力状况,通过三维有限元数值方法,分析了沥青面层厚度和模量、贫混凝土基层厚度和模量及基层缩缝宽度对沥青路面温度-荷载耦合应力的影响.研究表明:沥青面层厚度和基层缩缝宽度对路面温度-荷载耦合应力有显著影响;基层厚度和模量时耦舍应力的影响不显著.适当增加沥青面层厚度对预防反射裂缝十分有效;改变贫混凝土基层的厚度和模量对预防反射裂缝作用不大;适当宽度的基层缩缝对延缓反射裂缝效果显著.     

沥青路面多裂纹断裂分析

沥青路面通常在表面裂纹和基础裂纹共存状况下服务。基于断裂力学理论,采用无网格伽辽金/有限元耦合法,对同时含有面层表面裂纹和基层底面裂纹的沥青路面进行了断裂分析,研究了行车荷载行驶过程中裂纹尖端应力强度因子的变化规律。结果显示,在车轮荷载行驶通过基层底面裂纹上方的过程中,基层底面裂纹的复合型应力强度因子K＊存在一个最大极值,且这个最大值不是出现在车轮荷载位于基层正上方的时候;表面裂纹的应力强度因子K1和K2随着交通荷载驶近表面裂纹而逐渐增大,而且增大的速率也逐渐上升;相对于基层底面裂纹,表面裂纹受荷载位置影响更显著。     

沥青路面表面裂缝扩展分析

沥青路面早期裂缝的出现,降低了道路的使用年限.为了研究使用状态下沥青路面表面裂缝的扩展行为,基于断裂力学理论,应用有限元软件ABAQUS,分析了移动荷载下裂缝应力强度因子K11的变化规律,研究了不同裂缝开裂深度和不同的层间摩擦接触状况下的路面响应,并探讨了面层厚度、面层和基层模量等路面结构参数对裂缝扩展的影响.为半刚性基层沥青路面的合理化设计和沥青路面的维修养护提供一定的理论参考.     

沥青加铺层反射裂缝有限元分析

以烟(台)青(岛)一级公路烟台段试验路为应用研究对象,应用大型商业通用有限元软件ABAQUS计算分析了沥青混凝土加铺层反射裂缝的受力特性,为加铺层的结构设计和材料设计提供依据。研究表明:随着沥青加铺基层厚度的增加,控制着路面裂缝扩展的剪切型应力强度因子KⅡ呈减小趋势;沥青稳定碎石模量对加铺层的抗裂性能有重要影响,裂缝尖端的应力强度因子将随着加铺基层模量的增大而增大;大粒径碎石沥青加铺基层中孔洞的存在极大地消减了裂缝尖端的应力集中,有助于阻碍裂缝的进一步发展。     

含表面裂缝的半刚性基层路面的抗剪性能分析

目的 为了研究路面结构的抗剪能力与面层厚度及基层模量之间的关系．方法 基于有限元法计算得到裂尖的位移场，进而计算出应力强度因子，分析了裂尖应力强度因子随基层模量、面层厚度变化的变化规律．结果 当面层厚度在8～18cm之间变化时，裂尖的Ⅱ型裂纹应力强度因子先增大后减小，说明不能单纯的靠增加路面厚度来增强路面的抗剪能力；虽然增加基层模量可以提高路面的整体强度，但同时应力强度因子也变大，从而会降低面层的抗剪能力．结论 当基层模量变大时，应力强度因子也变大，虽然增加基层模量可以提高路面的整体强度，但同时也会影响到路面的抗剪能力，所以在保证路面整体强度的基础上适当柔化基层是必要的．     

SBR乳液改性水泥砂浆断裂性能

通过对带有切口的砂浆试样进行三点弯曲试验测试,得到了掺量为0-18%的SBR(styrene-butadiene rubber,简称SBR)乳液改性水泥砂浆荷载-变形曲线及相应裂缝嘴张开位移(CMOD),并通过理论计算得到了不同掺量下改性水泥砂浆的有效裂纹长度(αeff)、临界应力强度因子(KSIC)及裂纹尖端张开位移(CTOD)等断裂特征参数.结果表明:SBR乳液改性水泥砂浆的临界荷载、相应变形及裂缝嘴张开位移随着乳液掺量的增加而增大,临界荷载随乳液掺量的增加仅增加13.4%,而变形及裂缝嘴张开位移则分虽增加了68.4%和64.5%;裂缝嘴张开位移、有效裂纹扩展长度、临界应力强度因子及裂纹尖端张开位移等则随着乳液掺量的增加呈指数增加;采用裂纹尖端张开位移较裂缝嘴张开位移更能体现出SBR乳液对砂浆作用效果的差异性.     

基于室内结构试验的半刚性基层开裂数值仿真

为获得半刚性基层沥青路面结构的力学参数并分析其变化规律,设计并修建了大尺度半刚性基层沥青路面结构室内试槽,采用逐级加载方法进行结构内部应力、应变和模量的分层检测与试验.在试验数据的基础上,建立道路三维有限元模型,验证模型正确后进行了承载板数值仿真试验,分析了超载引起的半刚性基层开裂位置、起裂荷载、裂缝状态、应力强度因子和裂缝类型等问题.结果表明:当交通荷载超过起裂荷载时基层裂缝开始出现,沿路面横向基层层底靠近承载板中轴线位置的单元首先开裂,裂缝在行车荷载作用下进一步向上扩展而形成基层横向裂缝;半刚性基层荷载型开裂主要以I型张开型裂缝为主,应力强度因子大小取决于施加的荷载大小、裂缝长度和模型几何尺寸,应重点从合理设计基层厚度、改进基层材料性能和严格控制超载几个方面减少半刚性基层裂缝的产生.     

纤维沥青路面抗裂性能机理分析

针对沥青路面反射裂纹病害较为普遍的现状,以漯河市旧路改造项目,通过室内低温抗裂实验,结合平面应变有限单元法,验证了纤维材料对沥青路面抑制反射裂纹扩展的有效性。基于动力学,结合粘弹性力学理论,根据室内试验得出纤维沥青路面的本构关系,以动态应力强度因子为表征参量,探讨了纤维沥青路面在单周期垂直载荷和水平载荷共同作用下的动力特性,分析了车辆制动对纤维沥青路面工作性状的影响,研究了阻尼比,回弹模量的变化对动态应力强度因子影响。数值结果表明：掺加纤维后对沥青路面的工作性能有了较大改善,动态应力强度因子明显降低,对抑制沥青路面反射裂纹扩展起到了显著的作用。     

行车和温度荷载作用下沥青路面的松弛响应分析

目的研究沥青混凝土路面在行车和温度荷载作用下的松弛特性,更好地做到防裂控制工作．方法确定黏弹性材料参数及能够反应温度、沥青混合料黏弹性本构关系,建立典型的路面结构三维有限元模型,模拟面层材料在不同初始变形的应力状态,分析路表弯沉、沥青面层层底和土基顶面的响应．结果沥青路面在荷栽和温度作用下,面层黏弹性材料会使路面应力减小．面层层底和基层层底应力会发生松弛,最后趋于稳定值;在行车载荷作用下弯沉会随着时间的推移发生回弹,最后逐渐趋于稳定．结论松弛是材料本身属性与其他因素无关;应力松弛模量越小,松弛性能越好,低温抗裂性越好．     

公路隧道二次衬砌裂损病害机理研究

公路隧道二次衬砌裂损病害对隧道结构的稳定性有着很大影响,为研究公路隧道二次衬砌裂损病害发生的机理,首先划分了衬砌裂损病害的3种类型,并对每种裂损类型展开了力学行为分析.以断裂力学作为切入点,研究了在围岩荷载及结构自身作用下衬砌产生的裂缝的发展规律,通过获取应力强度因子K、J积分、以及裂纹面的最大张开位移δ求得裂纹尖端应力和应变值,在此基础上,通过最大周向应力理论分析了Ⅰ型＋Ⅱ型复合裂纹发生的临界条件.根据最大周向应力σθ所对应的应力强度因子值来对比临界强度因子值KIC,判断二次衬砌裂纹是否会发生扩展以及分析衬砌裂损病害发生的可能.获得了一系列有益的结论,能够对公路隧道二次衬砌裂损病害机理的理论研究和工程应用提供一定的参考和借鉴.     

Dynamic fracture behavior of rock under impact load using the caustics method

We studied the dynamic fracture mechanical behavior of rock under different impact rates. The fracture experiment was a three-point bending beam subjected to different impact loads monitored using the reflected caustics method. The mechanical parameters for fracture of the three-point bending beam specimen under impact load are analyzed. The mechanism of crack propagation is discussed. Experimental results show that the dynamic stress intensity factor increases before crack initiation. When the dynamic stress intensity factor reaches its maximum value the crack starts to develop. After crack initiation the dynamic stress intensity factor decreases rapidly and oscillates. As the impact rate increases the cracks initiate earlier, the maximum value of crack growth velocity becomes smaller and the values of dynamic stress intensity factor also vary less during crack propagation. The results provide a theoretical basis for the study of rock dynamic fracture.     

基于流场复势的空间裂纹止裂应力强度因子分析

选择带有圆形埋藏裂纹的金属构件作为研究对象。在向金属构件通入脉冲电流时,可以将金属构件内电流绕圆盘裂纹的流动比作在流体力学平面势流中流体绕平板流动的情况,给出电流流动的复势函数,进而推导出电流密度,据此推求热源功率,最后确定带有圆形埋藏裂纹的金属构件脉冲放电瞬间的热应力强度因子,结合只有外载荷作用下的金属构件裂纹尖端的机械载荷应力强度因子,给出外载荷作用下带有埋藏裂纹金属构件脉冲放电瞬间的综合应力强度因子。     

涂层中裂纹应力强度因子的计算及裂纹扩展

在涂层工作过程中，由于喷涂材料硬度高、抗裂性能差、喷涂工件刚性大工件表面产生应力集中，涂层很容易产生裂纹．对于含初始裂纹的喷涂材料，在拉伸载荷作用下裂纹的扩展与裂尖应力强度因子有很大的关系，根据断裂力学的基本原理，提出了利用数值模拟的方法来计算裂纹尖端的应力强度因子．并讨论了裂纹前沿网格划分对应力强度因子的影响，预测了裂纹扩展时形状的变化．     

涂层中裂纹应力强度因子的计算及裂纹扩展

在涂层工作过程中,由于喷涂材料硬度高、抗裂性能差、喷涂工件刚性大工件表面产生应力集中,涂层很容易产生裂纹.对于含初始裂纹的喷涂材料,在拉伸载荷作用下裂纹的扩展与裂尖应力强度因子有很大的关系,根据断裂力学的基本原理,提出了利用数值模拟的方法来计算裂纹尖端的应力强度因子.并讨论了裂纹前沿网格划分对应力强度因子的影响,预测了裂纹扩展时形状的变化.     

30Cr1Mo1V转子钢应力强度因子有限元分析

通过采用20节点solid186退化奇异单元,利用ANSYS软件,对三维断裂参量进行计算和分析,结果表明位移法和J积分法确定应力强度因子是可行的;对一定尺寸的紧凑拉伸试样三维裂纹进行分析,得出30Cr1Mo1V转子钢裂纹尖端KI随裂纹长度和载荷水平改变时的变化规律,为研究汽轮机转子裂纹扩展规律提供了合理、有效的方法.