沥青混合料的蠕变与疲劳损伤
发布时间：2020-07-05 12:18
【摘要】：随着高速公路的迅速发展,沥青混合料作为高等级公路的主要路面材料得到了广泛的应用。越来越多的研究者开始分析研究沥青路面的病害问题,如车辙、开裂、松散、坑洞等,而这些病害问题与沥青混合料在静载与动载下的力学响应息息相关。因此研究沥青混合料的本构模型,分析静载与动载下沥青混合料的力学行为具有重要科学意义与应用价值。本文首先制备出密级配细粒式AC-13沥青混合料样品,其中沥青选取AH70#普通道路沥青。以分形理论为基础,利用分维数作为级配的度量,根据马歇尔实验的稳定度、空隙率、油石比确定了级配类型——C类中级配以及合适的油石比4.6%。为了研究沥青混合料的静态和动态力学性能,采用MTS809试验机和DTS-30沥青材料多功能试验机对沥青混合料试样进行恒载蠕变和应力控制下的疲劳测试,分析非线性蠕变性能、动态黏弹性性能和疲劳损伤演化规律。主要工作与结论如下:(1)对沥青混合料的蠕变数据进行分析,依其蠕变速率曲线,将蠕变过程分为衰减蠕变阶段与稳态蠕变阶段,且应力越高各阶段的蠕变速率越大;同时,由等时应力-应变曲线可知,沥青混合料的蠕变过程具有明显的非线性特性。(2)基于黏弹性本构理论,采用三参数固体模型、Burgers流体模型对蠕变试验数据进行拟合分析,尽管Burgers模型的拟合结果优于三参数固体模型,但是均不能很好地描述沥青混合料的非线性蠕变过程。基于应变分解理论,在Burgers模型的基础上,对材料的黏性系数进行修正,得到一种修正的黏弹塑性模型,该模型可以很好地再现蠕变过程的两个阶段。论文对修正的黏塑性系数的物理意义也进行了讨论。(3)对沥青混合料进行不同温度下的频率扫描测试,得到温度对动态黏弹特性的影响,通过时间-温度等效原理得到动态存储模量主曲线,进而得到材料松弛模量的Prony级数表达式。基于Schapery伪变量理论,对沥青混合料的循环应力作用下的应变响应进行分析,发现其应力-伪应变曲线消除了应力-应变曲线的滞后特性。应力-伪应变呈线性关系,无损伤情况下,其伪刚度为1kPa,当出现疲劳损伤时,伪刚度随疲劳周次逐渐减小。通过伪刚度的变化定义出损伤,得到了损伤随疲劳周次变化的损伤模型,该模型的损伤预测值与试验结果吻合良好。
【学位授予单位】：湘潭大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：U414
【图文】：
由于车辆和城市人口的增加，我国的交通运输量逐渐加大，这使得道路逡逑ＵＪ负担日益增加，甚至有些公路超负荷运营，沥青路面逐渐出现车辙、开裂、松散逡逑和坑洞等病害，如图１．１。而根据道路等级的不同，沥青路面的设计年限也不一样逡逑，我国的设计年限一般为８到１５年。如果我们的使用时间超出了设计年限，或者在逡逑设计年限内经常超负荷的运营，就容易使路面产生不可恢复的变形，路面的工作状逡逑态会逐渐变差，道路结构会不断恶化，这对车辆安全、高速、平稳、舒适的运行会逡逑产生严重的影响。而这些病害的形成原因大致如下：（１）由于疲劳形成了分布裂纹逡逑、反射裂缝、局部裂缝等；（２）由于环境温度而产生了冻融破坏；（３）水损伤，逡逑即由于裂缝导致水分渗入沥青混合料中造成沥青粘结剂的剥离与脱落。而且上述因逡逑素并不一定单独发生，有时会产生相互之间的耦合，这使得研宄路面损伤机理变得逡逑更加困难。而要了解沥青路面的损伤机理就必须建立沥青混合料的本构关系即应力逡逑１逡逑
ｍｍ逡逑（ｃ）松散邋（ｄ）坑洞逡逑图１．１沥青路面的常见病害逡逑１．２研究现状逡逑对沥青混合料性能的研究在国外已经有６０多年的历史，早期的研宄均是以一逡逑些经验公式为基础，随着科技的发展，实验技术的大幅度提升，使得我们对沥青混逡逑合料本构关系的了角军更加准确，模型从线性逐渐转换到非线性，结构从宏观逐渐转逡逑换到微观。对沥青混合料力学行为的研究大致可分为两个方向，第一个方向是在懦逡逑变荷载作用下研[偭で嗷旌狭系某て诒湫涡阅埽硪桓龇较蚴窃谄＠秃稍刈饔孟卵绣义蟍偭で嗷旌狭系钠＠退鹕恕１疚囊责さ苄员竟鼓Ｐ臀。直鸫尤浔浜稍赜肫ｅ义侠秃稍卣饬礁龇较虺龇ⅲ治隽で嗷旌狭系牧ρ灾剩晟屏で嗦访娴纳杓评砺郏义衔し懒で嗦访娴牟『ξ侍馓峁┛蒲б谰莺褪葜С帧ｅ义显谌浔湎煊Ψ矫
本文编号：2742592
【学位授予单位】：湘潭大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：U414
【图文】：
由于车辆和城市人口的增加，我国的交通运输量逐渐加大，这使得道路逡逑ＵＪ负担日益增加，甚至有些公路超负荷运营，沥青路面逐渐出现车辙、开裂、松散逡逑和坑洞等病害，如图１．１。而根据道路等级的不同，沥青路面的设计年限也不一样逡逑，我国的设计年限一般为８到１５年。如果我们的使用时间超出了设计年限，或者在逡逑设计年限内经常超负荷的运营，就容易使路面产生不可恢复的变形，路面的工作状逡逑态会逐渐变差，道路结构会不断恶化，这对车辆安全、高速、平稳、舒适的运行会逡逑产生严重的影响。而这些病害的形成原因大致如下：（１）由于疲劳形成了分布裂纹逡逑、反射裂缝、局部裂缝等；（２）由于环境温度而产生了冻融破坏；（３）水损伤，逡逑即由于裂缝导致水分渗入沥青混合料中造成沥青粘结剂的剥离与脱落。而且上述因逡逑素并不一定单独发生，有时会产生相互之间的耦合，这使得研宄路面损伤机理变得逡逑更加困难。而要了解沥青路面的损伤机理就必须建立沥青混合料的本构关系即应力逡逑１逡逑
ｍｍ逡逑（ｃ）松散邋（ｄ）坑洞逡逑图１．１沥青路面的常见病害逡逑１．２研究现状逡逑对沥青混合料性能的研究在国外已经有６０多年的历史，早期的研宄均是以一逡逑些经验公式为基础，随着科技的发展，实验技术的大幅度提升，使得我们对沥青混逡逑合料本构关系的了角军更加准确，模型从线性逐渐转换到非线性，结构从宏观逐渐转逡逑换到微观。对沥青混合料力学行为的研究大致可分为两个方向，第一个方向是在懦逡逑变荷载作用下研[偭で嗷旌狭系某て诒湫涡阅埽硪桓龇较蚴窃谄＠秃稍刈饔孟卵绣义蟍偭で嗷旌狭系钠＠退鹕恕１疚囊责さ苄员竟鼓Ｐ臀。直鸫尤浔浜稍赜肫ｅ义侠秃稍卣饬礁龇较虺龇ⅲ治隽で嗷旌狭系牧ρ灾剩晟屏で嗦访娴纳杓评砺郏义衔し懒で嗦访娴牟『ξ侍馓峁┛蒲б谰莺褪葜С帧ｅ义显谌浔湎煊Ψ矫
本文编号：2742592
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