沥青胶砂三维粘弹本构数值模型试验研究

发布时间：2017-10-14 12:38

  本文关键词：沥青胶砂三维粘弹本构数值模型试验研究

  更多相关文章： 沥青胶砂 三维粘弹本构方程 蠕变柔量 松弛模量 有限元数值模型

【摘要】：沥青混合料具有十分复杂的内部组成结构,它主要是由集料、沥青结合料及空隙组成的颗粒复合材料。根据胶浆理论,本文把以细集料为分散相分散在沥青胶浆介质中的细分散系称为沥青胶砂。本文以沥青胶砂为主要研究对象,结合计算机有限元数值模拟与室内试验的方法,探索三维粘弹本构模型对沥青胶砂粘弹力学行为特性的预测能力与精度,为沥青混合料的三维细观力学行为和沥青路面路用性能的研究奠定基础。首先推导出沥青胶砂蠕变型和松弛型的三维线性粘弹本构模型方程及其增量形式表达式,然后通过采用Fortran语言编译UMAT子程序,将沥青胶砂三维线性粘弹本构模型数值化。通过程序接口可与有限元软件ABAQUS主程序形成对接,从而实现两者的协同交互工作来进行数值计算。为了获取模型参数,以AC-20沥青混合料的矿料级配和最佳油石比为基础进行沥青胶砂设计,得到最大公称粒径为1.18mm的沥青胶砂的集料级配及材料用量。采用凯尔测控M-100电磁式动态力学试验系统对沥青胶砂试件进行20℃下的单轴拉伸蠕变和扭转剪切蠕变试验,通过拟合工具Origin运用修正广义Kelvin模型对蠕变试验结果进行Prony级数拟合,得到拉伸蠕变柔量和剪切蠕变柔量参数。再通过转换方法和Matlab程序计算得到松弛模量参数。最后进行了20℃下单轴压缩、三点弯曲等不同荷载路径时的三种不同加载模式下的数值模拟与验证试验,对比分析的结果证明了本文中沥青胶砂三维线性粘弹本构数值模型的适用性,在误差允许范围内,能够较好地描述沥青胶砂的力学行为。因此,可以运用有限元数值模拟的方法在实际应用中对沥青胶砂的力学响应行为进行合理预测,具有重要的现实意义。
【关键词】：沥青胶砂 三维粘弹本构方程 蠕变柔量 松弛模量 有限元数值模型
【学位授予单位】：华南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U414
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第一章 绪论10-17
• 1.1 研究背景及意义10-11
• 1.2 国内外研究现状11-15
• 1.2.1 国外研究概况12-13
• 1.2.2 国内研究概况13-15
• 1.3 本文拟研究的主要内容15-16
• 1.4 本章小结16-17
• 第二章 沥青胶砂三维粘弹本构与数值实现17-45
• 2.1 粘弹性材料的基本特性17-18
• 2.2 粘弹力学的基本原理18-19
• 2.3 沥青胶砂三维粘弹本构模型的研究19-29
• 2.3.1 粘弹性本构关系的理论基础19-22
• 2.3.2 典型的粘弹性模型22-24
• 2.3.3 沥青胶砂三维线性粘弹本构模型24-29
• 2.4 基于有限元及FORTRAN语言的本构模型数值化29-44
• 2.4.1 有限元基础29-30
• 2.4.2 基于ABAQUS的本构模型数值算法程序实现30-44
• 2.5 本章小结44-45
• 第三章 沥青胶砂设计与试件成型45-59
• 3.1 试验用原材料性能检测45-47
• 3.1.1 沥青试验45-46
• 3.1.2 矿粉试验46
• 3.1.3 集料试验46-47
• 3.2 沥青混合料设计47-51
• 3.2.1 沥青混合料级配设计47
• 3.2.2 马歇尔试件成型47-48
• 3.2.3 马歇尔试验确定最佳沥青用量48-51
• 3.3 沥青胶砂设计51-54
• 3.3.1 沥青胶砂试件中的集料级配51
• 3.3.2 沥青胶砂试件中沥青含量的确定51-53
• 3.3.3 沥青胶砂试件中沥青和各档集料用量的确定53-54
• 3.4 沥青胶砂试件成型方法研究54-57
• 3.4.1 浇模成型54-56
• 3.4.2 切割成型56-57
• 3.4.3 沥青胶砂试件成型方法比选及试件养护57
• 3.5 本章小结57-59
• 第四章 沥青胶砂三维粘弹本构参数的确定59-81
• 4.1 确定粘弹本构参数的原理及试验方法59-60
• 4.2 沥青胶砂蠕变试验方案设计60-68
• 4.2.1 试验设备60-62
• 4.2.2 单轴拉伸蠕变试验62-66
• 4.2.3 扭转剪切蠕变试验66-68
• 4.3 沥青胶砂蠕变试验结果及分析68-70
• 4.3.1 单轴拉伸蠕变曲线68-69
• 4.3.2 扭转剪切蠕变曲线69-70
• 4.4 沥青胶砂线粘弹性本构参数的拟合与换算70-80
• 4.4.1 蠕变曲线拟合70-74
• 4.4.2 蠕变柔量参数计算74-76
• 4.4.3 松弛模量参数的确定76-77
• 4.4.4 基于Prony级数蠕变柔量与松弛模量的转换77-80
• 4.5 本章小结80-81
• 第五章 沥青胶砂本构模型试验验证81-101
• 5.1 单轴压缩试验81-91
• 5.1.1 虚拟力学试验81-85
• 5.1.2 室内试验验证85-89
• 5.1.3 单轴压缩试验结果对比分析89-91
• 5.2 三点弯曲试验91-99
• 5.2.1 虚拟力学试验91-93
• 5.2.2 室内试验验证93-97
• 5.2.3 三点弯曲试验结果对比分析97-99
• 5.3 本章小结99-101
• 结论与展望101-104
• 主要结论101-102
• 本论文的主要创新点102
• 研究展望102-104
• 参考文献104-108
• 攻读硕士学位期间取得的研究成果108-109
• 致谢109-110
• 附件110

【相似文献】

中国期刊全文数据库 前3条

1 杨大田;黄涛;夏文军;杨锡武;;纤维沥青胶砂的抗剪试验研究[J];重庆交通大学学报(自然科学版);2008年04期

2 刘卫东;;SMA-5沥青胶砂桥面防水层施工技术研究[J];北方交通;2013年03期

3 ;[J];;年期

中国硕士学位论文全文数据库 前3条

1 蔡绍樊;沥青胶砂三维粘弹本构数值模型试验研究[D];华南理工大学;2016年

2 李辉忠;沥青胶砂力学性能试验研究[D];长沙理工大学;2009年

3 张雷;巷道支架用沥青胶砂可缩性接头承载性能研究[D];安徽理工大学;2014年

，

本文编号：1031134