考虑非线性损伤影响的沥青混合料疲劳全寿命研究

发布时间：2017-04-08 14:22

  本文关键词：考虑非线性损伤影响的沥青混合料疲劳全寿命研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：沥青混凝土路面疲劳开裂是沥青路面的主要破坏形式之一,也是引发沥青路面其他病害的重要原因。沥青混合料是一种复杂的非均质的复合材料,内部含有较多的孔隙和缺陷,其性能与组成材料相关,而且受温度变化影响非常显著,这使得沥青路面的疲劳问题一直是道路工程领域研究的难点和热点。现阶段对于沥青路面疲劳寿命的研究方法,主要可以分为试验研究法和理论分析法。试验研究法以实验数据为基础建立疲劳寿命与沥青路面结构层应力或应变相关的模型并以此计算沥青路面的疲劳寿命。损伤力学与断裂力学方法是理论分析法的主要内容,现阶段的研究一般用损伤力学的方法计算沥青路面的疲劳裂纹形成阶段的寿命,用断裂力学的方法计算疲劳裂纹拓展阶段的寿命,而鲜有将二者联合应用来计算沥青路面全寿命的研究。本文研究了沥青路面的疲劳损伤机理,应用非线性损伤累积理论和Paris公式建立疲劳全寿命模型,并用疲劳试验验证模型的可行性和有效性。本文的研究内容主要有以下几个方面。第一、选取跨中集中力作用下简支梁作为研究模型,推导了基于非线性损伤累积模型的疲劳裂纹形成寿命的解析解,并结合含有裂纹长度因子的Paris公式建立了疲劳全寿命模型。利用非线性损伤累积理论,研究了裂纹形成阶段损伤度与循环加载次数之间的关系、损伤度与剩余裂纹形成寿命的关系。第二、对比分析不同疲劳试验方案的优劣,选用中点弯曲疲劳试验、常应力加载模式,在-10℃、-5℃、0℃、5℃和15℃五个温度下进行沥青混合料小梁试件的弯拉强度试验和疲劳试验。第三、研究了不同温度和应力比条件下沥青混合料疲劳寿命的变化规律,研究发现:随着温度的升高,沥青混合料小梁试件的疲劳寿命逐渐降低;在同一温度条件下,沥青混合料小梁试件的疲劳寿命随着应力比的增大而减小;温度较高时,沥青路面的疲劳拓展阶段寿命在路面结构整个疲劳寿命中占较高的比例,在低温条件下沥青路面的疲劳拓展阶段寿命较小。第四、利用Origin软件对试验数据进行处理,确定-10℃、-5℃、0℃、5℃和15℃五个温度下疲劳损伤参数a*与p值,依据试验数据分别进行回归分析,拟合了a*与p与温度T的函数关系式;研究裂纹拓展速率和应力强度因子幅值的变化规律,确定15℃,0.5、0.6、0.8三个应力比条件下Paris公式参数A和n值。将全寿命模型计算疲劳寿命数值与试验数值对比,验证所建模型预测疲劳寿命的可行和有效性第五、利用Abaqus软件建立二维沥青路面有限元模型,结合本文所建立的疲劳全寿命模型计算沥青路面的疲劳寿命、损伤量,并研究路面疲劳寿命随结构层厚度和弹性模量的变化规律。
【关键词】：沥青混合料 非线性损伤 全寿命模型 疲劳试验
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U414
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-11
• 第1章 绪论11-21
• 1.1 研究背景11-13
• 1.2 国内外研究现状13-20
• 1.2.1 沥青路面的疲劳破坏研究方法13-15
• 1.2.2 基于损伤力学和断裂力学的沥青路面疲劳研究15-20
• 1.3 本文主要研究内容20-21
• 第2章 基于非线性损伤模型和Paris公式的疲劳机理研究21-37
• 2.1 损伤力学与断裂力学基础21-26
• 2.1.1 损伤变量与等效假设21-22
• 2.1.2 两种损伤累积模型比较22-24
• 2.1.3 裂纹的分类及其拓展规律24-26
• 2.2 简支梁疲劳裂纹形成阶段寿命解析解推导26-31
• 2.3 考虑非线性损伤累积影响疲劳全寿命模型推导31-34
• 2.4 损伤度与循环加载次数的关系34-35
• 2.5 两阶段临界裂纹长度计算35
• 2.6 本章小结35-37
• 第3章 沥青混合料疲劳寿命试验研究37-57
• 3.1 疲劳试验方案的对比及选择37-38
• 3.2 材料性能及试验过程38-41
• 3.2.1 沥青38
• 3.2.2 集料与矿粉38-39
• 3.2.3 试件成型与切割39-40
• 3.2.4 试验准备40-41
• 3.3 不同温度下沥青混合料疲劳性能研究41-46
• 3.3.1 试验数据41-43
• 3.3.2 不同温度和应力比条件沥青疲劳寿命变化规律研究43-46
• 3.4 疲劳全寿命模型参数研究46-54
• 3.4.1 疲劳裂纹形成阶段疲劳寿命模型参数确定46-50
• 3.4.2 疲劳裂纹拓展阶段参数确定50-54
• 3.5 疲劳全寿命模型计算分析研究54-55
• 3.6 本章小结55-57
• 第4章 沥青路面数值模拟与疲劳寿命计算57-69
• 4.1 路面结构有限元模型建立57-58
• 4.2 路面疲劳损伤特性分析58-62
• 4.2.1 路面结构层底部应力分析58-60
• 4.2.2 两种损伤累积规律对比60-62
• 4.3 弹性模量和厚度对路面结构疲劳寿命的影响62-65
• 4.3.1 弹性模量对路面结构疲劳寿命的影响62-64
• 4.3.2 结构层厚度对路面结构疲劳寿命的影响64-65
• 4.4 弹性模量对路面结构疲劳寿命的影响规律研究65-68
• 4.5 本章小结68-69
• 第5章 结论与展望69-71
• 5.1 主要结论69-70
• 5.2 创新点70
• 5.3 展望70-71
• 参考文献71-75
• 致谢75

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 黄卫东;李本亮;黄明;;沥青混合料自愈合特性四点弯曲疲劳试验研究[J];建筑材料学报;2015年04期

2 张俊红;杨硕;林杰威;马梁;;考虑分级加载的连续非线性Chaboche-Paris全寿命模型[J];机械工程学报;2014年02期

3 周志刚;袁秀湘;谭华;;沥青混合料预缺口试件直接拉伸疲劳损伤分析[J];中国公路学报;2013年01期

4 孟勇军;张肖宁;;基于累计耗散能量比的改性沥青疲劳性能[J];华南理工大学学报(自然科学版);2012年02期

5 周志刚;张清平;袁秀湘;;沥青混凝土弯曲疲劳试验疲劳损伤分析[J];中南大学学报(自然科学版);2011年06期

6 ;交通运输“十二五”发展规划[J];综合运输;2011年06期

7 郑健龙;吕松涛;;沥青混合料非线性疲劳损伤模型[J];中国公路学报;2009年05期

8 刘黎萍;孙立军;;沥青路面现场疲劳方程的环境影响系数[J];同济大学学报(自然科学版);2008年02期

9 殷之平;黄其青;;SN-Paris全寿命综合模型[J];西北工业大学学报;2007年03期

10 葛折圣,黄朝晖,黄晓明;沥青混合料疲劳性能的影响因素分析[J];公路交通科技;2002年06期

中国博士学位论文全文数据库 前4条

1 金光来;基于扩展有限元的沥青路面疲劳开裂行为的数值研究[D];东南大学;2015年

2 吴志勇;基于多级等幅荷载下的沥青混合料损伤累积和沥青面层疲劳损伤破坏研究[D];华南理工大学;2014年

3 苑苗苗;基于数字散斑相关方法的沥青混合料疲劳破坏机理研究[D];华南理工大学;2013年

4 毛成;沥青路面裂纹形成机理及扩展行为研究[D];西南交通大学;2004年

中国硕士学位论文全文数据库 前4条

1 张柯;含界面裂隙的沥青混凝土路面疲劳寿命研究[D];重庆交通大学;2014年

2 杨毅;不同加载频率下沥青混合料疲劳损伤特性研究[D];长沙理工大学;2009年

3 张翔宇;行车荷载和温度作用下的沥青路面表面开裂研究[D];湖南大学;2007年

4 虞文锦;半刚性基层沥青路面的裂缝成因分析及处理研究[D];长安大学;2006年

  本文关键词：考虑非线性损伤影响的沥青混合料疲劳全寿命研究，，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：293054