基于CT扫描技术的沥青混合料虚拟间接拉伸试验研究
发布时间：2021-10-30 23:54
沥青混合料是一种由沥青胶浆、集料以及空隙组成的三相复合材料。在实际试验中,由于所选材料、施工设备、荷载条件的不同,会让混合料的力学特性变得更加复杂,不易于找寻变化规律。为了克服传统方法的局限性,对沥青混合料性能的研究逐渐转入对其非均质性和细观结构方面上来。本文基于CT（Computer Tomogrphy）扫描技术和有限元方法建立虚拟间接拉伸试验,利用数值方法对沥青混合料的力学性能进行研究。首先,借助CT扫描技术获取沥青混合料的细观结构图像,利用数字图像处理技术结合有限元方法建立包含集料、沥青砂浆以及空隙的沥青混合料二维数值模型。以Burgers模型描述沥青砂浆的黏弹性能,通过蠕变试验获取其黏弹性参数,输入ABAQUS软件中建立虚拟间接拉伸试验。以劈裂劲度模量作为虚拟试验准确性验证指标,与室内试验结果对比,误差不超过10%,验证了有限元方法的准确性。其次,以应力集中性参数和劈裂劲度模量作为评价指标,通过数值方法分析沥青混合料间接拉伸试验的影响因素。研究表明:AC-20混合料的应力集中性参数和劈裂劲度模量都比AC-13混合料要大,AC-13混合料的抗拉性能更好;级配相同时,集料分布特征的...
【文章来源】：南京林业大学江苏省
【文章页数】：79 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
技术路线图
112.3试件制作（一）蠕变试验试件本文需要做的单轴蠕变试验试件及其用途如下：（1）AC-13砂浆试件在-10℃和20℃下进行蠕变试验，获取AC-13沥青砂浆在不同温度下的黏弹性参数以进行虚拟间接拉伸试验模拟，与室内间接拉伸试验对比，验证虚拟模型的准确性。（2）AC-20砂浆在20℃下进行蠕变试验，建立AC-20混合料模型与AC-13混合料模型形成对比并且用于后续有限元分析。按上述沥青砂浆配合比采用旋转压实法分别成型沥青砂浆试件，试件尺寸为直径150mm、高50mm，成型的试件如图2.1所示。成型过程中有几点需要注意：（1）由于沥青砂浆油石比相对较大，在拌和过程会不断有沉淀物出现，需要擦着锅底搅拌防止搅拌不均匀；（2）由于沥青含量较大，在成型旋转压实试件时需要在磨具内壁涂抹机油防止试件粘在磨具上难以取出；（3）成型的旋转压实试件直径为150mm，为了更方便进行蠕变试验的应力施加，需要通过钻芯机进行钻芯取样，钻芯后的试件直径为100mm。图2.1沥青砂浆试件Fig2.1Bituminousmortartestpiece（二）间接拉伸试验试件间接拉伸试验在本文中主要用于沥青混合料虚拟模型的验证。通过测试AC-13混合料在-10℃和20℃下的劈裂劲度模量，与虚拟力学试验计算所得的结果进行比较，验证模型的准确性。本文共成型AC-13混合料标准马歇尔试件6个，每种温度下3个试件进行劈裂试验，成型的试件如图2.2。
12图2.2劈裂试验试件Fig2.2Splittestspecimen2.4沥青砂浆蠕变试验本文采用Burgers模型进行沥青砂浆的黏弹性研究，通过单轴静载蠕变试验获取相关参数。蠕变试验即对一圆柱形试件轴向施加一个较小的瞬间荷载应力，保持一段时间后，再施加一恒定荷载应力，保持较长时间后对其进行卸载，然后试件慢慢恢复，由此得到沥青混合料试件在一定的温度和荷载条件下随时间的变形情况。蠕变曲线分为三个阶段，第一阶段是向上凸起的，这一阶段应变率随时间的增大而减小；第二阶段曲线近似为一条直线，这一阶段应变率几乎保持不变；第三阶段为卸载阶段，曲线为向下凹的，应变率随时间的增大而增大，直至试件破坏。本文只需要通过蠕变曲线获取相关参数，因此只研究前两个阶段。想要实现静载蠕变试验，只需一台可以提供恒定荷载的设备即可完成。从试验原理来说，要求该机器可以提供瞬时荷载，且荷载强度符合要求；由于沥青砂浆试件会受到温度的影响，因此要求试验过程中可以保持一个恒定的温度；最后还需要能够测定试验过程中试件的变形并通过计算机输出相关数据。本文选取多功能材料试验机作为蠕变试验设备，如图2.3。图2.3蠕变试验设备Fig2.3Creeptestequipment利用多功能材料试验机进行单轴静载蠕变试验[54]，在试验之前先将温度调整到目标温度并保温4h。首先对试件施加0.0002MPa的应力预压2min，消除试件与压头之间的间隙，避免加载时对试件造成冲击。不同温度下施加的荷载应力不同，在20℃下施加0.3MPa的加载应力，在-10℃下施加0.45MPa的加载应力。由于本文只需获取Burgers模型的黏
【参考文献】：
期刊论文
[1]粗集料形态对沥青混合料性能的影响研究现状[J]. 张东,侯曙光,边疆. 南京工业大学学报(自然科学版). 2017(06)
[2]基于数字图像处理技术的沥青混合料摊铺均匀性实时监测评价方法[J]. 黄志福,赵毅,梁乃兴,吕瑞. 公路交通科技. 2017(04)
[3]蠕变剪切试验前后粗集料运动轨迹的数字图像分析[J]. 谢军,袁畅. 土木工程学报. 2016(09)
[4]基于沥青混合料细观结构的劈裂试验数值模拟[J]. 陈斯宁,赵俊明,陈红斌. 现代交通技术. 2016(04)
[5]基于CT技术的沥青混合料空隙率预测方法[J]. 郭乃胜,YOU Z P,谭忆秋,赵颖华. 中国公路学报. 2016(08)
[6]两类型沥青混合料粗集料微观轨迹分析[J]. 王可. 公路工程. 2016(03)
[7]沥青混合料虚拟单轴蠕变试验方法[J]. 陈明,李霖,赵新惠,万成. 公路交通科技. 2015(05)
[8]基于数字图像处理技术的大孔隙沥青混合料有限元建模[J]. 王亚奇,钱振东,陈辉方,王军. 现代交通技术. 2015(01)
[9]基于CT技术和有限元方法的沥青混合料数值蠕变试验研究[J]. 王聪,郭乃胜,赵颖华,谭忆秋. 大连海事大学学报. 2014(01)
[10]基于X-ray CT的沥青混合料三维重构方法[J]. 汪海年,黄志涵,李磊,李晓燕,尤占平. 中国科技论文. 2013(11)
博士论文
[1]沥青混合料细观结构的三维粘弹本构及虚拟力学试验研究[D]. 黄文柯.华南理工大学 2016
[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
[3]沥青混合料粘弹塑性本构模型的实验研究[D]. 叶永.华中科技大学 2009
[4]基于细观分析的沥青混合料组成结构研究[D]. 张蕾.哈尔滨工业大学 2008
硕士论文
[1]基于内聚力模型和三维离散元法沥青混合料劈裂试验研究[D]. 万蕾.浙江大学 2016
[2]基于X-ray CT技术的沥青混合料细观结构虚拟力学试验研究[D]. 焦丽亚.东南大学 2016
[3]基于细观结构的沥青混合料界面开裂特性研究[D]. 陈刚.内蒙古工业大学 2015
[4]基于CT技术的沥青混合料三维重构及数值模拟研究[D]. 金艳.辽宁工程技术大学 2015
[5]SBS改性沥青混合料低温抗裂性能试验研究[D]. 裴军军.兰州理工大学 2013
[6]碎石颗粒形状对沥青混合料性能影响的试验研究[D]. 苏文超.长沙理工大学 2013
[7]橡胶沥青混合料二维细观结构数值模拟建模方法及虚拟加载试验研究[D]. 杨廉.长安大学 2012
[8]基于CT图像沥青混合料三维有限元数值模拟研究[D]. 孙红红.西安建筑科技大学 2012
[9]粗集料形状特征的数字图像分析[D]. 熊琴.重庆交通大学 2011
[10]沥青砂浆粘弹性试验分析[D]. 庞海峰.长沙理工大学 2009
本文编号：3467656
【文章来源】：南京林业大学江苏省
【文章页数】：79 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
技术路线图
112.3试件制作（一）蠕变试验试件本文需要做的单轴蠕变试验试件及其用途如下：（1）AC-13砂浆试件在-10℃和20℃下进行蠕变试验，获取AC-13沥青砂浆在不同温度下的黏弹性参数以进行虚拟间接拉伸试验模拟，与室内间接拉伸试验对比，验证虚拟模型的准确性。（2）AC-20砂浆在20℃下进行蠕变试验，建立AC-20混合料模型与AC-13混合料模型形成对比并且用于后续有限元分析。按上述沥青砂浆配合比采用旋转压实法分别成型沥青砂浆试件，试件尺寸为直径150mm、高50mm，成型的试件如图2.1所示。成型过程中有几点需要注意：（1）由于沥青砂浆油石比相对较大，在拌和过程会不断有沉淀物出现，需要擦着锅底搅拌防止搅拌不均匀；（2）由于沥青含量较大，在成型旋转压实试件时需要在磨具内壁涂抹机油防止试件粘在磨具上难以取出；（3）成型的旋转压实试件直径为150mm，为了更方便进行蠕变试验的应力施加，需要通过钻芯机进行钻芯取样，钻芯后的试件直径为100mm。图2.1沥青砂浆试件Fig2.1Bituminousmortartestpiece（二）间接拉伸试验试件间接拉伸试验在本文中主要用于沥青混合料虚拟模型的验证。通过测试AC-13混合料在-10℃和20℃下的劈裂劲度模量，与虚拟力学试验计算所得的结果进行比较，验证模型的准确性。本文共成型AC-13混合料标准马歇尔试件6个，每种温度下3个试件进行劈裂试验，成型的试件如图2.2。
12图2.2劈裂试验试件Fig2.2Splittestspecimen2.4沥青砂浆蠕变试验本文采用Burgers模型进行沥青砂浆的黏弹性研究，通过单轴静载蠕变试验获取相关参数。蠕变试验即对一圆柱形试件轴向施加一个较小的瞬间荷载应力，保持一段时间后，再施加一恒定荷载应力，保持较长时间后对其进行卸载，然后试件慢慢恢复，由此得到沥青混合料试件在一定的温度和荷载条件下随时间的变形情况。蠕变曲线分为三个阶段，第一阶段是向上凸起的，这一阶段应变率随时间的增大而减小；第二阶段曲线近似为一条直线，这一阶段应变率几乎保持不变；第三阶段为卸载阶段，曲线为向下凹的，应变率随时间的增大而增大，直至试件破坏。本文只需要通过蠕变曲线获取相关参数，因此只研究前两个阶段。想要实现静载蠕变试验，只需一台可以提供恒定荷载的设备即可完成。从试验原理来说，要求该机器可以提供瞬时荷载，且荷载强度符合要求；由于沥青砂浆试件会受到温度的影响，因此要求试验过程中可以保持一个恒定的温度；最后还需要能够测定试验过程中试件的变形并通过计算机输出相关数据。本文选取多功能材料试验机作为蠕变试验设备，如图2.3。图2.3蠕变试验设备Fig2.3Creeptestequipment利用多功能材料试验机进行单轴静载蠕变试验[54]，在试验之前先将温度调整到目标温度并保温4h。首先对试件施加0.0002MPa的应力预压2min，消除试件与压头之间的间隙，避免加载时对试件造成冲击。不同温度下施加的荷载应力不同，在20℃下施加0.3MPa的加载应力，在-10℃下施加0.45MPa的加载应力。由于本文只需获取Burgers模型的黏
【参考文献】：
期刊论文
[1]粗集料形态对沥青混合料性能的影响研究现状[J]. 张东,侯曙光,边疆. 南京工业大学学报(自然科学版). 2017(06)
[2]基于数字图像处理技术的沥青混合料摊铺均匀性实时监测评价方法[J]. 黄志福,赵毅,梁乃兴,吕瑞. 公路交通科技. 2017(04)
[3]蠕变剪切试验前后粗集料运动轨迹的数字图像分析[J]. 谢军,袁畅. 土木工程学报. 2016(09)
[4]基于沥青混合料细观结构的劈裂试验数值模拟[J]. 陈斯宁,赵俊明,陈红斌. 现代交通技术. 2016(04)
[5]基于CT技术的沥青混合料空隙率预测方法[J]. 郭乃胜,YOU Z P,谭忆秋,赵颖华. 中国公路学报. 2016(08)
[6]两类型沥青混合料粗集料微观轨迹分析[J]. 王可. 公路工程. 2016(03)
[7]沥青混合料虚拟单轴蠕变试验方法[J]. 陈明,李霖,赵新惠,万成. 公路交通科技. 2015(05)
[8]基于数字图像处理技术的大孔隙沥青混合料有限元建模[J]. 王亚奇,钱振东,陈辉方,王军. 现代交通技术. 2015(01)
[9]基于CT技术和有限元方法的沥青混合料数值蠕变试验研究[J]. 王聪,郭乃胜,赵颖华,谭忆秋. 大连海事大学学报. 2014(01)
[10]基于X-ray CT的沥青混合料三维重构方法[J]. 汪海年,黄志涵,李磊,李晓燕,尤占平. 中国科技论文. 2013(11)
博士论文
[1]沥青混合料细观结构的三维粘弹本构及虚拟力学试验研究[D]. 黄文柯.华南理工大学 2016
[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
[3]沥青混合料粘弹塑性本构模型的实验研究[D]. 叶永.华中科技大学 2009
[4]基于细观分析的沥青混合料组成结构研究[D]. 张蕾.哈尔滨工业大学 2008
硕士论文
[1]基于内聚力模型和三维离散元法沥青混合料劈裂试验研究[D]. 万蕾.浙江大学 2016
[2]基于X-ray CT技术的沥青混合料细观结构虚拟力学试验研究[D]. 焦丽亚.东南大学 2016
[3]基于细观结构的沥青混合料界面开裂特性研究[D]. 陈刚.内蒙古工业大学 2015
[4]基于CT技术的沥青混合料三维重构及数值模拟研究[D]. 金艳.辽宁工程技术大学 2015
[5]SBS改性沥青混合料低温抗裂性能试验研究[D]. 裴军军.兰州理工大学 2013
[6]碎石颗粒形状对沥青混合料性能影响的试验研究[D]. 苏文超.长沙理工大学 2013
[7]橡胶沥青混合料二维细观结构数值模拟建模方法及虚拟加载试验研究[D]. 杨廉.长安大学 2012
[8]基于CT图像沥青混合料三维有限元数值模拟研究[D]. 孙红红.西安建筑科技大学 2012
[9]粗集料形状特征的数字图像分析[D]. 熊琴.重庆交通大学 2011
[10]沥青砂浆粘弹性试验分析[D]. 庞海峰.长沙理工大学 2009
本文编号：3467656
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