基于内聚力模型的半刚性基层沥青路面裂缝扩展研究
发布时间：2021-02-23 10:16
半刚性基层沥青路面是我国高等级公路的主要路面结构形式,裂缝是半刚性基层沥青路面常见的病害之一,仅仅依靠室内试验很难准确地预估沥青路面的开裂破坏情况。鉴于此,本文针对沥青路面开裂问题,采用数值模拟的方法从细观角度分析半刚性基层沥青路面主要的开裂形式与影响裂缝扩展的因素,旨在对今后半刚性基层沥青路面抗裂性研究提供辅助手段。首先,基于Matlab编写随机骨料投放程序,生成密级配沥青混凝土（AC）和沥青玛蹄脂碎石（SMA）的随机骨料投放模型,从骨料形状、大小、分布等方面与CT扫描得到的测试结果进行比较,验证了随机骨料投放模型的可行性。其次,通过编制Python程序实现内聚力单元的批量嵌入,结合生成的随机骨料投放模型,建立二维沥青混合料细观断裂模型。应用ABAQUS软件从细观角度对沥青混合料低温开裂进行数值模拟,将得到的结果与试验结果进行对比分析,二者具有较好的一致性,说明了沥青混合料细观断裂仿真模型具有适用性。在此基础上,研究了不同的骨料分布和骨料平均面积、预切口取向对沥青混合料低温开裂性能的影响。接着对沥青混合料因急剧降温产生的温缩裂缝及温度疲劳裂缝进行数值模拟,研究结果表明:温缩裂缝的扩展...
【文章来源】：兰州交通大学甘肃省
【文章页数】：85 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
技术路线图
兰州交通大学硕士学位论文-9-(a)Ⅰ型(b)Ⅱ型(c)Ⅲ型图2.1三种基本的裂纹扩展形态2.1.2基于应力强度因子的断裂理论材料产生各种各样的失稳断裂的原因主要是由于裂纹的存在造成的，裂纹的萌生和扩展与裂纹尖端的应力分布有关。很多时候，材料中的裂纹或缺陷降低了材料本身的极限强度，使其达不到原来完整材料的极限强度，就发生了裂纹扩展。这类问题困扰了科学家好长时间，直到Irwin引入了应力强度因子的概念来表征裂缝尖端应力场地强弱，该类问题才被很好地量化并解决。Ⅰ型裂纹的裂缝尖端应力场可以表示成：1)-(22cos23sin2sin2)23sin2sin1(2cos2)23sin2sin1(2cos2rKrKrKxyyx其中：K—Ⅰ型裂纹的应力强度因子；r、—以裂纹尖端左边为原点的极坐标；Ⅱ型裂纹的裂缝尖端应力场可以表示成：2)-(2)23sin2sin1(2cos223cos2cos2sin2)23cos2cos2(2sin2rKrKrKxyyx
兰州交通大学硕士学位论文-13-裂缝尖端附近的弹性应变能密度等于：20)-(2rSW其中：233222122112SKKKaKK裂纹起裂扩展也可以用应变能密度因子准则进行判断，但使用该准则时必须基于两个假设:(1)裂纹的起裂方向由应变能密度因子达到最小时的方向决定;(2)在这一方向上，当最小应变能密度因子达到临界值时，裂纹开始扩展[39]。相应的断裂判据可表示为CSS。2.2内聚力模型简介典型的材料分离模型中有种叫内聚力的模型，简称CZM。材料断裂的数值模拟使用CZM可以变得高效、便捷。近年来，它已被广泛应用于沥青混合料的断裂性能研究。内聚力模型的突出之处就是可以消除裂纹尖端的应力奇异性，它可以用来模拟材料在单调荷载作用下的断裂过程，并且适用于有限元、离散元分析，无论是脆性材料或者是延性材料的断裂数值模拟它均适用。2.2.1内聚力理论内聚力理论可以简述为：在裂缝扩展过程中，裂缝尖端位置处存在一相对尺寸很小的内聚力区域，并且该区域的范围大小跟加载方式无关。研究表明，内聚力区域内，裂纹表面受到的应力与裂纹面的张开位移具有函数关系，见式(2-21)和图2.2所示。f21)-(2)(图2.2内聚力模型应力-位移关系
【参考文献】：
期刊论文
[1]沥青路面半刚性基层反射裂缝危害及预防措施[J]. 代科,马拉莫. 交通世界. 2020(Z1)
[2]半刚性基层沥青路面反射裂缝成因及其防治措施研究[J]. 袁媛. 交通世界. 2019(16)
[3]基于SCB试验的沥青混合料低温抗裂性研究[J]. 李萍,吴中,马科,张雅莉. 武汉理工大学学报(交通科学与工程版). 2015(02)
[4]基于CT-连续加荷水泥乳化沥青混凝土细观损伤规律研究[J]. 闫小虎,杨华全,石妍,李明霞. 长江科学院院报. 2013(03)
[5]基于内聚力模型的沥青路面低温缩裂数值模拟[J]. 钮凯健,李昶. 公路交通科技. 2012(06)
[6]沥青混合料劈裂试验的扩展有限元法数值模拟[J]. 姚莉莉,王选仓. 武汉大学学报(工学版). 2011(06)
[7]基于内聚力模型的沥青混合料劈裂试验模拟[J]. 张东,黄晓明,赵永利. 东南大学学报(自然科学版). 2010(06)
[8]采用数字图像处理技术和内聚力模型模拟沥青混合料裂缝扩展[J]. 陈记. 公路交通技术. 2010(03)
[9]基于内聚力模型的沥青路面低温缩裂研究[J]. 赵永利,张东. 公路交通科技. 2010(01)
[10]三维随机多面体骨料生成和投放技术[J]. 杨新华,徐瑞,陈传尧. 华中科技大学学报(自然科学版). 2009(08)
博士论文
[1]沥青混合料开裂破坏行为的细观尺度模拟[D]. 尹安毅.华中科技大学 2013
[2]基于X-ray CT和有限元方法的沥青混合料三维重构与数值试验研究[D]. 万成.华南理工大学 2010
硕士论文
[1]水泥稳定级配碎石振动搅拌技术的应用研究[D]. 梁爽.东北林业大学 2018
本文编号：3047426
【文章来源】：兰州交通大学甘肃省
【文章页数】：85 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
技术路线图
兰州交通大学硕士学位论文-9-(a)Ⅰ型(b)Ⅱ型(c)Ⅲ型图2.1三种基本的裂纹扩展形态2.1.2基于应力强度因子的断裂理论材料产生各种各样的失稳断裂的原因主要是由于裂纹的存在造成的，裂纹的萌生和扩展与裂纹尖端的应力分布有关。很多时候，材料中的裂纹或缺陷降低了材料本身的极限强度，使其达不到原来完整材料的极限强度，就发生了裂纹扩展。这类问题困扰了科学家好长时间，直到Irwin引入了应力强度因子的概念来表征裂缝尖端应力场地强弱，该类问题才被很好地量化并解决。Ⅰ型裂纹的裂缝尖端应力场可以表示成：1)-(22cos23sin2sin2)23sin2sin1(2cos2)23sin2sin1(2cos2rKrKrKxyyx其中：K—Ⅰ型裂纹的应力强度因子；r、—以裂纹尖端左边为原点的极坐标；Ⅱ型裂纹的裂缝尖端应力场可以表示成：2)-(2)23sin2sin1(2cos223cos2cos2sin2)23cos2cos2(2sin2rKrKrKxyyx
兰州交通大学硕士学位论文-13-裂缝尖端附近的弹性应变能密度等于：20)-(2rSW其中：233222122112SKKKaKK裂纹起裂扩展也可以用应变能密度因子准则进行判断，但使用该准则时必须基于两个假设:(1)裂纹的起裂方向由应变能密度因子达到最小时的方向决定;(2)在这一方向上，当最小应变能密度因子达到临界值时，裂纹开始扩展[39]。相应的断裂判据可表示为CSS。2.2内聚力模型简介典型的材料分离模型中有种叫内聚力的模型，简称CZM。材料断裂的数值模拟使用CZM可以变得高效、便捷。近年来，它已被广泛应用于沥青混合料的断裂性能研究。内聚力模型的突出之处就是可以消除裂纹尖端的应力奇异性，它可以用来模拟材料在单调荷载作用下的断裂过程，并且适用于有限元、离散元分析，无论是脆性材料或者是延性材料的断裂数值模拟它均适用。2.2.1内聚力理论内聚力理论可以简述为：在裂缝扩展过程中，裂缝尖端位置处存在一相对尺寸很小的内聚力区域，并且该区域的范围大小跟加载方式无关。研究表明，内聚力区域内，裂纹表面受到的应力与裂纹面的张开位移具有函数关系，见式(2-21)和图2.2所示。f21)-(2)(图2.2内聚力模型应力-位移关系
【参考文献】：
期刊论文
[1]沥青路面半刚性基层反射裂缝危害及预防措施[J]. 代科,马拉莫. 交通世界. 2020(Z1)
[2]半刚性基层沥青路面反射裂缝成因及其防治措施研究[J]. 袁媛. 交通世界. 2019(16)
[3]基于SCB试验的沥青混合料低温抗裂性研究[J]. 李萍,吴中,马科,张雅莉. 武汉理工大学学报(交通科学与工程版). 2015(02)
[4]基于CT-连续加荷水泥乳化沥青混凝土细观损伤规律研究[J]. 闫小虎,杨华全,石妍,李明霞. 长江科学院院报. 2013(03)
[5]基于内聚力模型的沥青路面低温缩裂数值模拟[J]. 钮凯健,李昶. 公路交通科技. 2012(06)
[6]沥青混合料劈裂试验的扩展有限元法数值模拟[J]. 姚莉莉,王选仓. 武汉大学学报(工学版). 2011(06)
[7]基于内聚力模型的沥青混合料劈裂试验模拟[J]. 张东,黄晓明,赵永利. 东南大学学报(自然科学版). 2010(06)
[8]采用数字图像处理技术和内聚力模型模拟沥青混合料裂缝扩展[J]. 陈记. 公路交通技术. 2010(03)
[9]基于内聚力模型的沥青路面低温缩裂研究[J]. 赵永利,张东. 公路交通科技. 2010(01)
[10]三维随机多面体骨料生成和投放技术[J]. 杨新华,徐瑞,陈传尧. 华中科技大学学报(自然科学版). 2009(08)
博士论文
[1]沥青混合料开裂破坏行为的细观尺度模拟[D]. 尹安毅.华中科技大学 2013
[2]基于X-ray CT和有限元方法的沥青混合料三维重构与数值试验研究[D]. 万成.华南理工大学 2010
硕士论文
[1]水泥稳定级配碎石振动搅拌技术的应用研究[D]. 梁爽.东北林业大学 2018
本文编号：3047426
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