基于内聚力—扩展有限元模型的沥青路面纵向滑移裂缝研究
发布时间：2023-03-21 19:02
随着交通及车辆领域的快速发展,车辆对路面作用的频率及荷载都在逐渐增大,但道路结构对荷载的抵御作用却以然存在很多不足之处。在车辆水平荷载作用频繁区域,即车辆加减速频繁区域,沥青路面面层往往会出现U型滑移裂缝,路面结构伴随着层间粘结失效滑移现象的出现。因此,对该现象机理的分析,为相关部门在实际工程中预防该现象的发生提供理论上的依托。本文以层间滑移破坏和路表纵向滑移裂缝为主要研究对象,在调查分析纵向滑移裂缝病害特征及原因后,建立沥青路面多层结构层间接触有限元模型,通过有限元模型网格划分尺寸收敛性分析验证了有限元模型的正确性。在此基础上,分析了静态-动态路面滑移裂缝及层间粘结失效的状态,得出滑移裂缝产生的机理;而后模拟分析了不同参数条件下的路表纵向滑移裂纹及层间粘结失效状态的变化。主要研究内容如下:(1)在对沥青路面有限元模型尺寸确定的基础上,对有限元网格尺寸划分进行网格尺寸收敛性分析,提高有限元模型的数值准确性。通过施加边界条件及荷载,然后就沥青面层间层间接触类型进行分析,最后保证模型的准确性及合理性。(2)分析了水平荷载作用下路面模型结构的力学响应,通过对比各力学响应量与面层材料强度及层间...
【文章页数】：111 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
abstract
第一章 绪论
1.1 研究背景和意义
1.2 国内外研究现状
1.2.1 国外沥青路面裂缝研究现状
1.2.2 国内沥青路面裂缝研究现状
1.2.3 文献分析与总结
1.3 主要研究内容及技术路线
1.3.1 研究目的和主要研究内容
1.3.2 技术路线
第二章 滑移裂缝病害调查及分析
2.1 概述
2.2 滑移裂缝特征
2.3 滑移裂缝产生原因
2.4 本章小结
第三章 理论研究方法与模型构建
3.1 断裂力学基础理论
3.1.1 断裂模式
3.1.2 裂缝尖端奇异场
3.1.3 应力强度因子(SIF)K
3.1.4 应力强度因子的数值解法
3.1.5 复合型裂纹扩展准则
3.2 内聚力模型(CZM)理论
3.3 扩展有限单元法(XFEM)理论
3.4 沥青路面内聚力-扩展有限元模型构建
3.4.1 模型尺寸及单元划分
3.4.2 有限元网格单元尺寸收敛性分析
3.4.3 沥青路面层材料断裂力学计算参数
3.4.4 层间接触
3.4.5 边界条件
3.4.6 轮胎路面接触力简化模型
3.5 本章小结
第四章 纵向滑移裂缝形成机理分析
4.1 概述
4.2 水平荷载对路面力学响应的影响
4.2.1 水平荷载对最大主应力的影响
4.2.2 水平荷载对纵向拉应力的影响
4.2.3 水平荷载对纵向剪应力的影响
4.2.4 水平荷对层间剪应力的影响
4.3 单轮荷载下静态裂纹分析滑移裂缝萌发及扩展
4.3.1 荷载作用下未开裂路面的初始应力场
4.3.2 引入初始裂缝后路面应力场分析
4.3.3 初始裂缝扩展角确定
4.3.4 二次裂缝发展后裂缝路面的应力场
4.3.5 裂缝二次扩展方向确定
4.4 双轮荷载下静态裂纹分析滑移裂缝萌发及扩展
4.4.1 荷载作用下未开裂路面的初始应力场
4.4.2 引入初始裂缝后路面应力场分析
4.4.3 初始裂缝扩展角确定
4.4.4 二次裂缝发展后裂缝路面的应力场
4.4.5 裂缝二次扩展方向确定
4.5 动态裂纹分析滑移裂缝萌发及扩展
4.6 静态-动态滑移裂缝对比
4.7 本章小结
第五章 纵向滑移裂缝影响因素分析
5.1 层间接触状态对滑移裂缝的影响
5.1.1 不同层间接触状态对纵向拉应力的影响
5.1.2 不同层间接触状态对纵向剪应力的影响
5.1.3 不同层间接触状态对层间滑移的影响
5.1.4 不同层间接触状态对面层滑移裂缝的影响
5.1.5 预防滑移裂缝发生的层间接触处治建议
5.2 面层材料属性对滑移裂缝的影响
5.2.1 不同面层杨氏模量对纵向拉应力的影响
5.2.2 不同面层杨氏模量对纵向剪应力的影响
5.2.3 不同面层杨氏模量对层间滑移的影响
5.2.4 不同面层杨氏模量对面层滑移裂缝的影响
5.2.5 预防滑移裂缝发生的面层材料属性选择建议
5.3 面层厚度对滑移裂缝的影响
5.3.1 不同面层厚度对纵向拉应力的影响
5.3.2 不同面层厚度对纵向剪应力的影响
5.3.3 不同面层厚度对层间滑移的影响
5.3.4 不同面层厚度对面层滑移裂缝的影响
5.3.5 预防滑移裂缝发生的面层厚度选择建议
5.4 超载对滑移裂缝的影响
5.4.1 不同轴载对纵向拉应力的影响
5.4.2 不同轴载对纵向剪应力的影响
5.4.3 不同轴载对层间滑移的影响
5.4.4 不同轴载对面层滑移裂缝的影响
5.4.5 预防滑移裂缝发生的轴载选择建议
5.5 基于灰色关联理论影响因素关联度分析
5.6 本章小结
第六章 研究结论及展望
6.1 主要研究结论
6.2 主要创新点
6.3 进一步研究建议
参考文献
致谢
本文编号：3767121
【文章页数】：111 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
abstract
第一章 绪论
1.1 研究背景和意义
1.2 国内外研究现状
1.2.1 国外沥青路面裂缝研究现状
1.2.2 国内沥青路面裂缝研究现状
1.2.3 文献分析与总结
1.3 主要研究内容及技术路线
1.3.1 研究目的和主要研究内容
1.3.2 技术路线
第二章 滑移裂缝病害调查及分析
2.1 概述
2.2 滑移裂缝特征
2.3 滑移裂缝产生原因
2.4 本章小结
第三章 理论研究方法与模型构建
3.1 断裂力学基础理论
3.1.1 断裂模式
3.1.2 裂缝尖端奇异场
3.1.3 应力强度因子(SIF)K
3.1.4 应力强度因子的数值解法
3.1.5 复合型裂纹扩展准则
3.2 内聚力模型(CZM)理论
3.3 扩展有限单元法(XFEM)理论
3.4 沥青路面内聚力-扩展有限元模型构建
3.4.1 模型尺寸及单元划分
3.4.2 有限元网格单元尺寸收敛性分析
3.4.3 沥青路面层材料断裂力学计算参数
3.4.4 层间接触
3.4.5 边界条件
3.4.6 轮胎路面接触力简化模型
3.5 本章小结
第四章 纵向滑移裂缝形成机理分析
4.1 概述
4.2 水平荷载对路面力学响应的影响
4.2.1 水平荷载对最大主应力的影响
4.2.2 水平荷载对纵向拉应力的影响
4.2.3 水平荷载对纵向剪应力的影响
4.2.4 水平荷对层间剪应力的影响
4.3 单轮荷载下静态裂纹分析滑移裂缝萌发及扩展
4.3.1 荷载作用下未开裂路面的初始应力场
4.3.2 引入初始裂缝后路面应力场分析
4.3.3 初始裂缝扩展角确定
4.3.4 二次裂缝发展后裂缝路面的应力场
4.3.5 裂缝二次扩展方向确定
4.4 双轮荷载下静态裂纹分析滑移裂缝萌发及扩展
4.4.1 荷载作用下未开裂路面的初始应力场
4.4.2 引入初始裂缝后路面应力场分析
4.4.3 初始裂缝扩展角确定
4.4.4 二次裂缝发展后裂缝路面的应力场
4.4.5 裂缝二次扩展方向确定
4.5 动态裂纹分析滑移裂缝萌发及扩展
4.6 静态-动态滑移裂缝对比
4.7 本章小结
第五章 纵向滑移裂缝影响因素分析
5.1 层间接触状态对滑移裂缝的影响
5.1.1 不同层间接触状态对纵向拉应力的影响
5.1.2 不同层间接触状态对纵向剪应力的影响
5.1.3 不同层间接触状态对层间滑移的影响
5.1.4 不同层间接触状态对面层滑移裂缝的影响
5.1.5 预防滑移裂缝发生的层间接触处治建议
5.2 面层材料属性对滑移裂缝的影响
5.2.1 不同面层杨氏模量对纵向拉应力的影响
5.2.2 不同面层杨氏模量对纵向剪应力的影响
5.2.3 不同面层杨氏模量对层间滑移的影响
5.2.4 不同面层杨氏模量对面层滑移裂缝的影响
5.2.5 预防滑移裂缝发生的面层材料属性选择建议
5.3 面层厚度对滑移裂缝的影响
5.3.1 不同面层厚度对纵向拉应力的影响
5.3.2 不同面层厚度对纵向剪应力的影响
5.3.3 不同面层厚度对层间滑移的影响
5.3.4 不同面层厚度对面层滑移裂缝的影响
5.3.5 预防滑移裂缝发生的面层厚度选择建议
5.4 超载对滑移裂缝的影响
5.4.1 不同轴载对纵向拉应力的影响
5.4.2 不同轴载对纵向剪应力的影响
5.4.3 不同轴载对层间滑移的影响
5.4.4 不同轴载对面层滑移裂缝的影响
5.4.5 预防滑移裂缝发生的轴载选择建议
5.5 基于灰色关联理论影响因素关联度分析
5.6 本章小结
第六章 研究结论及展望
6.1 主要研究结论
6.2 主要创新点
6.3 进一步研究建议
参考文献
致谢
本文编号：3767121
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