非轴对称垂直荷载下层状黏弹性体系理论解与应用研究

发布时间：2017-11-12 04:10

  本文关键词：非轴对称垂直荷载下层状黏弹性体系理论解与应用研究

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【摘要】：目前国内外沥青路面设计方法的力学模型是双圆垂直均布荷载下层状弹性体系。然而一方面,众多实测或数值模拟显示轮胎接地压力并非典型的圆形均布荷载形式,其接地形式多呈现非轴对称形式,而且接地荷载形式与胎压及荷重相关。这样采用圆形均布荷载来计算不能完整的反映轮胎荷载下路面结构的力学响应。另一方面,沥青混合料是一种典型的黏弹性材料,材料性能会随着荷载作用时间或环境温度的变化而发生改变。因此,针对上述问题,构建非轴对称垂直荷载,考虑模型的简洁性和适用性,采用Huet本构模型描述沥青混合料黏弹性能,分析双曲抛物面荷载、椭圆荷载及材料性能变化对路面力学行为的影响。首先基于非轴对称荷载下层状弹性体系一般解,结合非轴对称荷载下弹性半空间体表面荷载形式及无穷远处边界条件,得到非轴对称垂直荷载下弹性半空间体的应力和位移计算表达式;基于实测结果,引入双曲抛物面及椭圆荷载函数形式,得到两种荷载形式下弹性半空间体理论解。根据公式编写计算程序,分析不同荷载下弹性半空间体表面垂向应变分布;计算结果表明,圆形均布荷载下路基顶部垂向应变在荷载圆内相等,椭圆荷载下垂向应变在荷载圆中心最大、沿半径方向逐渐减小,而双曲抛物面荷载在圆心处最小、沿半径方向逐渐增大,在荷载圆边界处达到最大值。其次,结合双层连续体系层间结合条件表达式,推导双层连续体系中各层力学参数计算公式。根据公式编写计算程序,分析不同荷载下路面结构力学响应分布;计算结果表明,椭圆荷载下,荷载圆中心处的第一主应力、第一主应变、最大剪应力都比抛物面荷载、圆形均布荷载大。再次,结合多层体系层间结合条件表达式,采用系数递推法推导多层体系荷载参数表达式,结果表明,非轴对称垂直荷载下层状弹性体系荷载参数只有iA、iB、iC、iD四项,并且推导得到椭圆荷载和双曲抛物面垂直荷载下应力、位移理论解;编写计算程序,采用半刚性基层及柔性基层作为算例,分析圆形均布荷载、双曲抛物面荷载及椭圆荷载下路面结构验算结果;计算结果表明,椭圆荷载下沥青层疲劳及永久变形验算趋于不利状态,而三种荷载下半刚性基层疲劳及路基顶面永久验算结果相当;分析一天不同时刻路面结构力学响应,研究结果表明,随着环境温度的变化,第一主应力、第一主应变、最大剪应力的最大值的位置会随着时间而发生改变。最后,分析Durbin法、Dubner法、FILT法及FT法四种Laplace数值反演方法精度、效率、长时间计算的有效性及参数的选取;结合弹性-黏弹性对应原理,得到非轴对称垂直荷载下层状黏弹体系力学响应理论解,引入Huet黏弹本构方程,编写计算程序,分析长期固定荷载和连续半正弦波荷载下路面结构永久变形演化过程及不同时刻下路面结构的力学响应;计算结果表明,荷载圆中心处的永久变形随着时间增加而逐渐增加,最后趋于稳定值;路面结构应变分布随着时间发生变化,而应力分布在一定时间之后不发生变化。本研究得到非轴对称垂直荷载下层状弹性/黏弹性体系理论解,并编写了计算程序,其计算软件及研究成果对路面力学及沥青路面结构设计方法具有一定的推动作用。
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U416.217
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本文编号：1174264