基于XFEM的半刚性基层沥青路面反射裂缝疲劳扩展研究

发布时间：2021-05-11 10:45

　　反射裂缝是半刚性基层沥青路面的主要病害。基层材料由于较大的刚度和本身的收缩特性极易发生开裂,一旦基层开裂,在反复温度收缩作用及交通荷载的作用下,由于应力集中基层裂缝上方的面层材料也会发生开裂并快速扩展到面层顶部,使沥青路面发生反射裂缝贯穿破坏。新近发展的扩展有限元方法在研究裂缝及裂缝扩展方面有不可替代的优势。扩展有限元使裂纹的几何模型与有限元单元网格分离开来,在裂纹扩展过程中不需要反复的网格重构,能高效地对不连续问题进行分析计算。使用扩展有限元模拟计算时,裂纹可以从单元内部穿过,无需提前设置扩展路径。为了描述裂缝疲劳扩展过程,本文采用了断裂力学中的相关思想与方法。通过断裂能释放率改进的Paris公式可以将疲劳裂纹扩展分为三个过程:裂纹低速扩展阶段、裂纹中速稳定扩展阶段和裂纹快速扩展阶段。为了更加准确地描述裂纹疲劳扩展起始阶段,本文采用了一种现象法模型。一旦该模型条件被满足,裂缝疲劳扩展机制就被启动,之后的扩展过程由改进的Paris公式参数控制。基于扩展有限元方法和改进的Paris公式,本文模拟计算了相关文献中关于室内沥青混合料半圆弯曲小梁疲劳扩展的试验,模拟结果和试验结果吻合度很高,表... 

【文章来源】：湖南大学湖南省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：82 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 研究背景及意义
    1.2 国内外研究现状
        1.2.1 半刚性基层沥青路面反射裂缝研究概况
        1.2.2 扩展有限元研究概况
    1.3 主要研究内容
第2章 相关理论基础
    2.1 疲劳断裂力学理论
        2.1.1 断裂力学理论
        2.1.2 疲劳裂缝扩展理论
    2.2 扩展有限元方法
        2.2.1 单位分解函数及扩展有限元公式
        2.2.2 水平集方法
    2.3 本章小结
第3章 相关试验模拟及模型验证
    3.1 试验材料与试验方法
        3.1.1 试验材料及加载模型
        3.1.2 裂纹观测系统
    3.2 SCB扩展有限元建模分析
        3.2.1 模型参数
        3.2.2 扩展有限元建模
    3.3 SCB扩展有限元模拟结果分析
        3.3.1 疲劳裂纹扩展过程
        3.3.2 裂纹疲劳扩展寿命分析
    3.4 本章小结
第4章 半刚性基层沥青路面温缩型反射裂缝疲劳扩展
    4.1 半刚性基层温缩应力模型
    4.2 路面结构及疲劳参数
    4.3 半刚性基层温缩型反射裂缝疲劳扩展模拟分析
        4.3.1 温缩型反射裂缝疲劳扩展过程
        4.3.2 温缩型反射裂缝疲劳寿命分析
    4.4 半刚性基层温缩型反射裂缝疲劳扩展影响因素分析
        4.4.1 基层材料弹性模量对温缩型反射裂缝疲劳扩展影响
        4.4.2 沥青面层厚度对温缩型反射裂缝疲劳扩展影响
        4.4.3 基层裂缝间距对温缩型反射裂缝疲劳扩展影响
    4.5 本章小结
第5章 半刚性基层沥青路面荷载型反射裂缝疲劳扩展
    5.1 荷载型反射裂缝扩展有限元建模
        5.1.1 交通荷载极不利位置确定
        5.1.2 路面结构参数及疲劳扩展参数
    5.2 荷载型反射裂缝疲劳扩展模拟结果
    5.3 荷载型反射裂缝疲劳扩展影响因素分析
        5.3.1 交通荷载大小对荷载型反射裂缝疲劳扩展影响
        5.3.2 面层厚度对荷载型反射裂缝疲劳扩展影
    5.4 基层温缩-交通荷载耦合作用下反射裂缝疲劳扩展规律
        5.4.1 基层温缩-交通荷载耦合作用下反射裂缝疲劳扩展建模
        5.4.2 基层温缩-交通荷载耦合作用下反射裂缝疲劳扩展过程
    5.5 本章小结
结论
参考文献
致谢
附录 A(攻读学位期间所发表的学术论文目录)


【参考文献】：
期刊论文
[1]基于BOTDA的机场道面半刚性基层裂缝扩展规律[J]. 高俊启,耿任山,盛余祥,安平,靳佩佩.  交通运输工程学报. 2017(01)
[2]经编复合聚酯玻纤布防反射裂缝性能试验[J]. 周刚,李汝凯,王火明,李文辉.  中国公路学报. 2016(02)
[3]温度作用下HDPE-橡胶粉改性沥青应力吸收层防止反射裂缝性能[J]. 洪海,程培峰.  中国公路学报. 2014(12)
[4]半刚性基层沥青路面反射裂缝扩展过程分析的Williams单元[J]. 徐华,杨绿峰,佘振平.  工程力学. 2013(06)
[5]基于XFEM的钢筋混凝土梁开裂数值模拟[J]. 杨涛,邹道勤.  浙江大学学报(工学版). 2013(03)
[6]沥青混合料预缺口试件直接拉伸疲劳损伤分析[J]. 周志刚,袁秀湘,谭华.  中国公路学报. 2013(01)
[7]一种XFEM断裂分析的裂尖单元新型改进函数[J]. 江守燕,杜成斌.  力学学报. 2013(01)
[8]沥青路面反射裂缝扩展机理与防裂效果分析[J]. 孙雅珍,翟晓星,李宁.  沈阳建筑大学学报(自然科学版). 2012(06)
[9]发展基于CB壳单元的扩展有限元模拟三维任意扩展裂纹[J]. 庄茁,成斌斌.  工程力学. 2012(06)
[10]沥青混凝土弯曲疲劳试验疲劳损伤分析[J]. 周志刚,张清平,袁秀湘.  中南大学学报(自然科学版). 2011(06)

博士论文
[1]基于扩展有限元的沥青路面疲劳开裂行为的数值研究[D]. 金光来.东南大学 2015
[2]基于路用要求的半刚性基层抗裂评价与改善措施研究[D]. 张宏君.长安大学 2009
[3]基于半圆弯曲试验的沥青混合料动态响应及断裂性能研究[D]. 刘宇.哈尔滨工业大学 2009



本文编号：3181268