沥青混凝土的宏细观粘弹性动力学响应

发布时间：2020-04-02 10:34

【摘要】：建立与温度相关的沥青混凝土粘弹性本构模型和轮胎-道路耦合仿真系统对动静载时的轮迹分布和车辆制动时路面的动态响应进行分析。编写得到温度相关的沥青混凝土粘弹性动态本构模型的材料用户子程序,基于动态冲击实验加载设备获得的动态应变数据识别出粘弹性参数并使用已有文献中的实验数据进行验证。建立轮胎-道路耦合仿真系统,对不同沥青面层温度时的动静载轮迹进行分析,并验证数值仿真的计算精度。基于道路结构不同深度处的温度实测数据和同工况的仿真模型识别出道路各结构层的热学参数,通过热传导分析和材料用户子程序获得沥青面层的粘弹性参数场分布。根据调查资料获得交叉口处载重汽车的平均制动减速度,基于轮胎-道路耦合仿真系统计算出轴载水平和温度场耦合影响下交叉口处沥青面层的动态剪应变峰值。为了在力学分析中考虑沥青混凝土的温度依赖性和应变率相关性,研究新的材料本构方程并进行二次开发的验证和应用。分别建立与温度和率相关的Burgers粘弹性参数场和劲度模量场,采用Fortran语言编写出动态的材料用户子程序。基于不同温度和应变率下的单轴压缩实验数据分别识别出两个本构方程的参数。依据获得的本构方程和材料参数,将单轴压缩和小梁弯拉的实验数据与相应工况的仿真结果进行对比。结果表明采用两个本构方程的仿真结果都与实验数据较为接近,特别是Burgers粘弹性材料参数场模型的效果更好。为分析沥青混凝土细观粘弹性力学响应,建立三维的细观结构数值模型并考虑沥青砂浆材料的温度依赖性。基于骨料投放算法生成包含沥青砂浆、骨料和孔隙的沥青混凝土细观结构。基于动态冲击实验和有限元分析得到沥青砂浆温度相关的粘弹性动态本构模型并进行有效性验证。基于单轴动态压缩实验和小梁弯拉实验,分别建立相同工况的细观结构三维数值模型并进行有限元分析,两种工况下仿真结果与实验数据吻合度都较好,表明采用沥青砂浆温度相关的粘弹性动态本构模型的细观结构数值模型可以有效预估沥青混凝土的宏观非线性力学行为。
【图文】：

冲击实验,试件

图 2.1 为冲击实验现场，为减少反射波影响数据的采集精度，在试件底部尺寸为 0.05m×0.1m×0.1m 的橡胶垫片。动态冲击时，柱状试件的温度分别保 10°C、35°C 和 45°C。在距离试件顶面 5cm 处粘贴型号 BX120-3AA 的应变片，，栅尺寸为 3mm×2mm，采集的动态应变数据见图 2.5。表 2.1 沥青的主要性能指标Tab 2.1 Properties of AH-70# matrix asphalt针入度(25°C, 0.1mm)针入度指数延度(15°C, cm)软化点(°C)密度(g/cm3)56 0.65 53 54.3 1.032表 2.2 沥青混凝土的骨料级配Tab 2.2 Aggregate gradation of asphalt concrete筛孔尺寸(mm) 16 13.2 9.5 4.75 2.36 1.18 0.6 0.3 0.15 0.075通过率(%) 100 95.7 71.3 45.2 27.1 23.5 18.4 11.5 9.2 5.8

轮胎,道路,有限元模型,载重子午线轮胎

胎体层胎侧胎面带束层胎圈胎圈钢丝(a) 轮胎横截面 (b) 轮胎三维模型图 2.8 11.00R20 型载重子午线轮胎的建模ig 2.8 Simulation of the radial truck tire typed 11.00R效率，对单轴轴载和路面结构采用对称模型建立尺寸为 7m×4.375m×4m 的沥青路面三维法向约束和全约束，如图 2.9 所示。
【学位授予单位】：合肥工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：U414

【参考文献】