柔性基层路面车辙与疲劳预估研究
发布时间：2021-09-04 22:50
半刚性基层沥青路面在我国被广泛应用,但由于其固有的反射裂缝,高昂的后期养护成本以及相对较短的使用寿命,使得半刚性基层沥青路面具有更高的全寿命周期费用,也与绿色可持续发展的理念背道而驰。另一方面,柔性基层沥青路面结构相较于半刚性基层路面结构尽管具有较少的集料消耗量,较低的维修养护成本,以及普遍更长的服务寿命等优点,但国内关于柔性结构的路面设计理论与工程经验却相对匮乏。因此,研究柔性基层沥青路面结构的力学特点,尤其是疲劳、车辙的长期性能发展规律对于柔性基层路面结构在国内的推广与应用具有重要的意义。首先,本文从沥青混合料的粘弹-粘塑-损伤本构模型出发,总结与对比当前国内外关于沥青混合料本构模型的研究成果,研究沥青路面在疲劳与车辙发展过程的材料的力学性质的变化。其次,本文在前人研究的基础上,对混合料的粘弹-粘塑-损伤本构模型进行改进与简化,并利用简单可行的室内试验,对沥青混合料的本构模型参数进行标定。此外,本文通过将沥青混合料复杂本构模型编入有限元软件ABAQUS的用户材料子程序UMAT的方法实现对本构模型的进行数值应用。之后,本文对影响沥青路面的疲劳与车辙发展显著的温度与荷载进行深度研究,系...
【文章来源】：东南大学江苏省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：105 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
微分型本构模型常见形式：（a）
第一章绪论5（a）（b）图1-1微分型本构模型常见形式：（a）Burgers模型；（b）广义Maxwell模型图1-2：材料的粘弹塑性行为沥青混合料在低应力状态下产生粘弹性应变随荷载卸载后，多能够逐渐恢复，但在高应力、应变的荷载条件下，沥青混合料的粘弹性行为显示出如图1-2所示的较强的非线性特征，并产生不可恢复的永久变形。Schapery，Park等学者最早开展有关非线性粘弹性的本构模型的研究，并成功将理论应用在多聚物的研究中[15,16,17]。Kim,little在Schapery的研究基础上，将其理论应用至沥青混合料的研究中[18]，形式如下所示：ε(t)=0(,)0()+1(,)∫()2(,)()0（1.6）随着研究者对于非线性粘弹性行为的认识逐渐深入，发现单纯的非线性粘弹性的表达式虽对一维问题能够给出较满意的解答，但对于以沥青混合料为代表的各向异性材料，非线性粘弹性响应方程无法解释材料在高应力条件下变形的方向性问题。于是研究者在粘弹性的基础上，将塑性力学中的屈服条件，屈服面的概念应用至沥青混合料的研究中，Perzyna[19]在Drucker–Prager塑性模型的基础上，提出了一种Perzyna粘塑性形式。随后，Samer，Lytton等人将Perzyna塑性模型与线性粘弹性模型结合，提出一种扩展Drucker-Prager模型，能够较为准确的描述沥青混合料的高应力，大变形条件的下响应行为[20]。
东南大学硕士学位论文8得轮胎滚动过程中与路面的相互作用更为有效[44]。Narasimha在前人研究的基础上系统的总结了轮胎的二维与三维的建模方法以及轮胎结构各组成的本构模型的合理形式[45]。图1-3规范标准荷载模型1.3存在的问题目前我国的沥青路面设计方法主要针对在我国被广泛应用的半刚性基层沥青路面，对于柔性基层结构的适用性较差。其他国家地区的路面设计方法如MEPDG力学-经验法，AI设计方法，虽针对柔性基层路面，但其参数往往基于根据当地的试验路数据进行总结，当气候、地质、材料等因素变化时，不可避免的产生不同程度不适用性。而完全抛开经验法的力学设计方法虽然能够避免由结构，材料，气候等因素产生的不适用型，但力学设计方法若要进行应用，需要综合考虑诸多因素的影响，现阶段的应用尚不成熟。从力学角度进行路面的长期性能分析主要涉及路面材料本身的力学性质以及环境、荷载对于路面的影响。从路面材料本身力学性质的角度，目前粘弹-粘塑-损伤本构模型已经在材料领域进行了应用，但关于材料本构模型的研究更多的还是局限于材料领域，将复杂的本构模型应用至路面的结构分析的研究相对较少；而另一方面，关于路面的温度场，车辆-路面的相互作用等方面的研究也均较为独立，少有研究者将多种因素进行综合考虑。因此将路面温度场，轮胎-路面相互作用的研究成果进行综合运用，并分析其对于沥青混合料复杂的本构模型的综合影响，获得路面在环境荷载作用下的响应状态与长期响应的衰变规律，将是本文研究的重点与主要内容。1.4研究内容与技术路线1.4.1主要研究内容与研究思路本文在材料方面将首先从沥青混合料的材料特点出发，系统的研究沥青混合料的本构模型，推导本构模型的数值应用形式，编制有限元软件ABAQUS的用户材料子程
【参考文献】：
期刊论文
[1]典型结构形式沥青路面疲劳寿命对比[J]. 龚侥斌,黄民如. 广东交通职业技术学院学报. 2018(03)
[2]柔性基层沥青路面结构研究综述[J]. 北拉里丁·阿力木,刘豪斌. 智能城市. 2018(07)
[3]基于不同基层沥青路面长期性能观测与分析[J]. 朱磊,李强. 中外公路. 2016(06)
[4]橡胶类超弹性本构模型中材料参数的确定[J]. 燕山,王伟. 橡胶工业. 2014(08)
[5]基于傅立叶导热定律的沥青混合料热传导试验[J]. 延西利,李绪梅,孙毅,徐达. 交通运输工程学报. 2013(06)
[6]用于不平路面车辆动力学仿真的轮胎模型综述[J]. 管迪华,范成建. 汽车工程. 2004(02)
[7]排水性沥青抗滑层混合料热学性能研究[J]. 牛俊明,戴慧莹,赵平均,许永明. 西安公路交通大学学报. 1998(01)
[8]沥青混合料疲劳响应新模型研究[J]. 黄卫,邓学钧. 中国公路学报. 1995(01)
[9]热稳流理论在道路冻深计算中的应用[J]. 邴文山. 中国公路学报. 1992(01)
[10]层状路面体系的温度场分析[J]. 严作人. 同济大学学报. 1984(03)
博士论文
[1]卡车子午线轮胎振动噪声仿真技术研究[D]. 冯希金.清华大学 2015
[2]柔性基层沥青路面性能观测预估研究[D]. 刘伟.长安大学 2015
[3]基于扩展有限元的沥青路面疲劳开裂行为的数值研究[D]. 金光来.东南大学 2015
[4]沥青混合料粘弹塑本构模型与长期蠕变行为的实验研究[D]. 白凡.华中科技大学 2014
[5]基于加速加载响应的柔性基层沥青路面设计指标与参数研究[D]. 庄传仪.长安大学 2012
[6]沥青混合料粘弹性疲劳损伤模型研究[D]. 关宏信.中南大学 2005
硕士论文
[1]轮胎复杂接触荷载作用下的路面永久变形研究[D]. 闫天昊.东南大学 2017
[2]高寒地区沥青路面温度与荷载耦合动力行为[D]. 黄大强.西南交通大学 2016
[3]沥青路面温度场的数值模型研究[D]. 王芳芳.长安大学 2015
[4]水泥稳定碎石基层热物性参数研究[D]. 蒋默识.长安大学 2012
本文编号：3384151
【文章来源】：东南大学江苏省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：105 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
微分型本构模型常见形式：（a）
第一章绪论5（a）（b）图1-1微分型本构模型常见形式：（a）Burgers模型；（b）广义Maxwell模型图1-2：材料的粘弹塑性行为沥青混合料在低应力状态下产生粘弹性应变随荷载卸载后，多能够逐渐恢复，但在高应力、应变的荷载条件下，沥青混合料的粘弹性行为显示出如图1-2所示的较强的非线性特征，并产生不可恢复的永久变形。Schapery，Park等学者最早开展有关非线性粘弹性的本构模型的研究，并成功将理论应用在多聚物的研究中[15,16,17]。Kim,little在Schapery的研究基础上，将其理论应用至沥青混合料的研究中[18]，形式如下所示：ε(t)=0(,)0()+1(,)∫()2(,)()0（1.6）随着研究者对于非线性粘弹性行为的认识逐渐深入，发现单纯的非线性粘弹性的表达式虽对一维问题能够给出较满意的解答，但对于以沥青混合料为代表的各向异性材料，非线性粘弹性响应方程无法解释材料在高应力条件下变形的方向性问题。于是研究者在粘弹性的基础上，将塑性力学中的屈服条件，屈服面的概念应用至沥青混合料的研究中，Perzyna[19]在Drucker–Prager塑性模型的基础上，提出了一种Perzyna粘塑性形式。随后，Samer，Lytton等人将Perzyna塑性模型与线性粘弹性模型结合，提出一种扩展Drucker-Prager模型，能够较为准确的描述沥青混合料的高应力，大变形条件的下响应行为[20]。
东南大学硕士学位论文8得轮胎滚动过程中与路面的相互作用更为有效[44]。Narasimha在前人研究的基础上系统的总结了轮胎的二维与三维的建模方法以及轮胎结构各组成的本构模型的合理形式[45]。图1-3规范标准荷载模型1.3存在的问题目前我国的沥青路面设计方法主要针对在我国被广泛应用的半刚性基层沥青路面，对于柔性基层结构的适用性较差。其他国家地区的路面设计方法如MEPDG力学-经验法，AI设计方法，虽针对柔性基层路面，但其参数往往基于根据当地的试验路数据进行总结，当气候、地质、材料等因素变化时，不可避免的产生不同程度不适用性。而完全抛开经验法的力学设计方法虽然能够避免由结构，材料，气候等因素产生的不适用型，但力学设计方法若要进行应用，需要综合考虑诸多因素的影响，现阶段的应用尚不成熟。从力学角度进行路面的长期性能分析主要涉及路面材料本身的力学性质以及环境、荷载对于路面的影响。从路面材料本身力学性质的角度，目前粘弹-粘塑-损伤本构模型已经在材料领域进行了应用，但关于材料本构模型的研究更多的还是局限于材料领域，将复杂的本构模型应用至路面的结构分析的研究相对较少；而另一方面，关于路面的温度场，车辆-路面的相互作用等方面的研究也均较为独立，少有研究者将多种因素进行综合考虑。因此将路面温度场，轮胎-路面相互作用的研究成果进行综合运用，并分析其对于沥青混合料复杂的本构模型的综合影响，获得路面在环境荷载作用下的响应状态与长期响应的衰变规律，将是本文研究的重点与主要内容。1.4研究内容与技术路线1.4.1主要研究内容与研究思路本文在材料方面将首先从沥青混合料的材料特点出发，系统的研究沥青混合料的本构模型，推导本构模型的数值应用形式，编制有限元软件ABAQUS的用户材料子程
【参考文献】：
期刊论文
[1]典型结构形式沥青路面疲劳寿命对比[J]. 龚侥斌,黄民如. 广东交通职业技术学院学报. 2018(03)
[2]柔性基层沥青路面结构研究综述[J]. 北拉里丁·阿力木,刘豪斌. 智能城市. 2018(07)
[3]基于不同基层沥青路面长期性能观测与分析[J]. 朱磊,李强. 中外公路. 2016(06)
[4]橡胶类超弹性本构模型中材料参数的确定[J]. 燕山,王伟. 橡胶工业. 2014(08)
[5]基于傅立叶导热定律的沥青混合料热传导试验[J]. 延西利,李绪梅,孙毅,徐达. 交通运输工程学报. 2013(06)
[6]用于不平路面车辆动力学仿真的轮胎模型综述[J]. 管迪华,范成建. 汽车工程. 2004(02)
[7]排水性沥青抗滑层混合料热学性能研究[J]. 牛俊明,戴慧莹,赵平均,许永明. 西安公路交通大学学报. 1998(01)
[8]沥青混合料疲劳响应新模型研究[J]. 黄卫,邓学钧. 中国公路学报. 1995(01)
[9]热稳流理论在道路冻深计算中的应用[J]. 邴文山. 中国公路学报. 1992(01)
[10]层状路面体系的温度场分析[J]. 严作人. 同济大学学报. 1984(03)
博士论文
[1]卡车子午线轮胎振动噪声仿真技术研究[D]. 冯希金.清华大学 2015
[2]柔性基层沥青路面性能观测预估研究[D]. 刘伟.长安大学 2015
[3]基于扩展有限元的沥青路面疲劳开裂行为的数值研究[D]. 金光来.东南大学 2015
[4]沥青混合料粘弹塑本构模型与长期蠕变行为的实验研究[D]. 白凡.华中科技大学 2014
[5]基于加速加载响应的柔性基层沥青路面设计指标与参数研究[D]. 庄传仪.长安大学 2012
[6]沥青混合料粘弹性疲劳损伤模型研究[D]. 关宏信.中南大学 2005
硕士论文
[1]轮胎复杂接触荷载作用下的路面永久变形研究[D]. 闫天昊.东南大学 2017
[2]高寒地区沥青路面温度与荷载耦合动力行为[D]. 黄大强.西南交通大学 2016
[3]沥青路面温度场的数值模型研究[D]. 王芳芳.长安大学 2015
[4]水泥稳定碎石基层热物性参数研究[D]. 蒋默识.长安大学 2012
本文编号：3384151
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