沥青路面荷载裂缝扩展行为及影响因素数值仿真分析

发布时间：2017-09-26 18:15

  本文关键词：沥青路面荷载裂缝扩展行为及影响因素数值仿真分析

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【摘要】：根据中国公路网公布数据,截止2014年底,全国共建成通车公路里程446.39万公里,高速公路已完成里程共11.19万公里,一级公路8.54万公里,二级公路34.84万公里,其中主要路面铺装类型为沥青路面。路面裂缝是常见的道路病害之一,目前对于裂缝模拟分析主要为传统有限元分析,而扩展有限元法的出现使裂缝扩展仿真分析更加贴近于工程实际。首先,对常见的断裂模式及裂纹扩展机理进行总结,并对扩展有限元法的构成进行阐述。对SCB试验进行正交试验设计,选择评价指标,确定影响因素和水平,提出正交试验方案。对沥青混合料原材料进行检验,并设计4种类型沥青混合料配合比,根据试验方案制作SCB试件进行试验,采用SPSS 19.0数据分析软件对试验结果进行正交分析。其次,制作四种类型沥青混合料小梁试件,进行蠕变实验得到各类型混合料蠕变曲线。通过OriginPro 9.0软件对Burgers模型参数进行拟合,基于Fortran语言平台编译用户材料子程序UMAT,实现沥青混合料参数的导入。采用扩展有限元法对不同混合料8mm、18mm和28mm预制裂缝SCB试验裂缝扩展过程进行仿真,并与实验结果进行对比分析,评价扩展有限元法的分析效果。最后,通过试验及规范获取路面结构材料参数,并对同一模型有限元主应力计算结果与BISAR软件计算结果进行对比分析。采用扩展有限元法对正荷载作用下不同裂缝深度、裂缝宽度、结构层厚度、基层模量和轴载对面层底面裂缝扩展影响规律进行分析。对偏荷载作用下面层底部裂缝II型应力强度因子影响因素以及裂缝扩展路径规律进行分析。对偏荷载作用下不同裂缝深度、裂缝宽度、结构层厚度、基层模量表面裂缝扩展影响规律进行分析。采用扩展有限元法对多裂缝在荷载作用下的扩展路径进行仿真分析,评定其仿真效果。以期对沥青路面裂缝养护及防治提供理论参考。
【关键词】：SCB试验 正交试验 应力强度因子 扩展有限元法 扩展路径
【学位授予单位】：东北林业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U416.217
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 1 绪论9-14
• 1.1 研究背景9-10
• 1.2 国内外研究现状10-12
• 1.2.1 扩展有限元法研究现状10-11
• 1.2.2 SCB试验应用研究现状11
• 1.2.3 沥青路面裂缝有限元分析现状11-12
• 1.3 本文主要研究内容12-13
• 1.4 技术路线13-14
• 2 断裂力学基础及扩展有限元理论14-21
• 2.1 断裂力学基础14-17
• 2.1.1 断裂模式14
• 2.1.2 裂纹扩展机理14-15
• 2.1.3 材料的断裂韧度15-16
• 2.1.4 裂纹的断裂判据16-17
• 2.2 扩展有限元法17-20
• 2.2.1 单位分解法17-18
• 2.2.2 位移模式18-19
• 2.2.3 控制方程19
• 2.2.4 积分方案与加强区域19-20
• 2.3 本章小结20-21
• 3 SCB试验影响因素分析21-31
• 3.1 SCB试验简介21
• 3.2 SCB正交试验设计21-23
• 3.2.1 评价指标21
• 3.2.2 影响因素和水平21-22
• 3.2.3 交试验因素水平表22
• 3.2.4 交实验表选择与试验方案22-23
• 3.3 原材料试验及配合比设计23-24
• 3.3.1 原材料试验23-24
• 3.3.2 配合比设计24
• 3.4 SCB试验24-27
• 3.4.1 试件制作24-25
• 3.4.2 试验过程25-26
• 3.4.3 试验结果26-27
• 3.5 SCB正交试验分析27-30
• 3.5.1 SPSS 19.0简介27
• 3.5.2 数据库建立及分析27-28
• 3.5.3 极差分析28-29
• 3.5.4 方差分析29-30
• 3.6 本章小结30-31
• 4 SCB试验裂缝扩展有限元仿真分析31-42
• 4.1 沥青混合料粘弹参数测定31-34
• 4.1.1 试件制作31
• 4.1.2 弯曲试验31-32
• 4.1.3 小梁蠕变试验32
• 4.1.4 本构模型32-34
• 4.2 Burgers模型UMAT编写34-36
• 4.2.1 UMAT简介34
• 4.2.2 程序实现34-36
• 4.3 扩展有限元仿真分析36-41
• 4.3.1 应力强度因子36-37
• 4.3.2 断裂能计算37-38
• 4.3.3 模型建立38-39
• 4.3.4 模型计算39
• 4.3.5 模拟结果分析39-40
• 4.3.6 裂缝扩展路径仿真分析40-41
• 4.4 本章小结41-42
• 5 沥青路面裂缝扩展有限元分析42-56
• 5.1 路面材料参数42
• 5.2 路面模型建立及BISAR验证42-45
• 5.2.1 BISAR软件简介42-43
• 5.2.2 路面结构及荷载43
• 5.2.3 路面模型建立及分析43-45
• 5.2.4 BISAR计算45
• 5.3 正荷载作用下层底裂缝影响因素分析45-50
• 5.3.1 裂缝深度47-48
• 5.3.2 裂缝宽度48
• 5.3.3 结构层厚度48-49
• 5.3.4 基层模量49-50
• 5.3.5 荷载大小对裂缝扩展长度影响50
• 5.4 偏荷载作用下层底裂缝扩展影响因素分析50-52
• 5.4.1 荷载位置51
• 5.4.2 偏荷载对裂缝扩展角度影响51-52
• 5.5 偏荷载作用下表面裂缝扩展影响因素分析52-54
• 5.5.1 裂缝深度52
• 5.5.2 裂缝宽度52-53
• 5.5.3 结构层厚度53
• 5.5.4 基层模量53-54
• 5.6 裂缝扩展路径仿真分析54-55
• 5.6.1 斜裂缝分析54
• 5.6.2 多裂缝分析54-55
• 5.7 本章小结55-56
• 结论56-57
• 参考文献57-61
• 攻读学位期间发表的学术论文61-62
• 致谢62-63

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

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本文编号：924991