瀝青膠砂三維粘彈本構(gòu)數(shù)值模型試驗研究
發(fā)布時間：2017-10-14 12:38
本文關(guān)鍵詞：瀝青膠砂三維粘彈本構(gòu)數(shù)值模型試驗研究
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【摘要】：瀝青混合料具有十分復(fù)雜的內(nèi)部組成結(jié)構(gòu),它主要是由集料、瀝青結(jié)合料及空隙組成的顆粒復(fù)合材料。根據(jù)膠漿理論,本文把以細(xì)集料為分散相分散在瀝青膠漿介質(zhì)中的細(xì)分散系稱為瀝青膠砂。本文以瀝青膠砂為主要研究對象,結(jié)合計算機(jī)有限元數(shù)值模擬與室內(nèi)試驗的方法,探索三維粘彈本構(gòu)模型對瀝青膠砂粘彈力學(xué)行為特性的預(yù)測能力與精度,為瀝青混合料的三維細(xì)觀力學(xué)行為和瀝青路面路用性能的研究奠定基礎(chǔ)。首先推導(dǎo)出瀝青膠砂蠕變型和松弛型的三維線性粘彈本構(gòu)模型方程及其增量形式表達(dá)式,然后通過采用Fortran語言編譯UMAT子程序,將瀝青膠砂三維線性粘彈本構(gòu)模型數(shù)值化。通過程序接口可與有限元軟件ABAQUS主程序形成對接,從而實現(xiàn)兩者的協(xié)同交互工作來進(jìn)行數(shù)值計算。為了獲取模型參數(shù),以AC-20瀝青混合料的礦料級配和最佳油石比為基礎(chǔ)進(jìn)行瀝青膠砂設(shè)計,得到最大公稱粒徑為1.18mm的瀝青膠砂的集料級配及材料用量。采用凱爾測控M-100電磁式動態(tài)力學(xué)試驗系統(tǒng)對瀝青膠砂試件進(jìn)行20℃下的單軸拉伸蠕變和扭轉(zhuǎn)剪切蠕變試驗,通過擬合工具Origin運用修正廣義Kelvin模型對蠕變試驗結(jié)果進(jìn)行Prony級數(shù)擬合,得到拉伸蠕變?nèi)崃亢图羟腥渥內(nèi)崃繀?shù)。再通過轉(zhuǎn)換方法和Matlab程序計算得到松弛模量參數(shù)。最后進(jìn)行了20℃下單軸壓縮、三點彎曲等不同荷載路徑時的三種不同加載模式下的數(shù)值模擬與驗證試驗,對比分析的結(jié)果證明了本文中瀝青膠砂三維線性粘彈本構(gòu)數(shù)值模型的適用性,在誤差允許范圍內(nèi),能夠較好地描述瀝青膠砂的力學(xué)行為。因此,可以運用有限元數(shù)值模擬的方法在實際應(yīng)用中對瀝青膠砂的力學(xué)響應(yīng)行為進(jìn)行合理預(yù)測,具有重要的現(xiàn)實意義。
【關(guān)鍵詞】：瀝青膠砂 三維粘彈本構(gòu)方程 蠕變?nèi)崃?/strong> 松弛模量 有限元數(shù)值模型
【學(xué)位授予單位】：華南理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：U414
【目錄】：
- 摘要5-6
- ABSTRACT6-10
- 第一章 緒論10-17
- 1.1 研究背景及意義10-11
- 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀11-15
- 1.2.1 國外研究概況12-13
- 1.2.2 國內(nèi)研究概況13-15
- 1.3 本文擬研究的主要內(nèi)容15-16
- 1.4 本章小結(jié)16-17
- 第二章 瀝青膠砂三維粘彈本構(gòu)與數(shù)值實現(xiàn)17-45
- 2.1 粘彈性材料的基本特性17-18
- 2.2 粘彈力學(xué)的基本原理18-19
- 2.3 瀝青膠砂三維粘彈本構(gòu)模型的研究19-29
- 2.3.1 粘彈性本構(gòu)關(guān)系的理論基礎(chǔ)19-22
- 2.3.2 典型的粘彈性模型22-24
- 2.3.3 瀝青膠砂三維線性粘彈本構(gòu)模型24-29
- 2.4 基于有限元及FORTRAN語言的本構(gòu)模型數(shù)值化29-44
- 2.4.1 有限元基礎(chǔ)29-30
- 2.4.2 基于ABAQUS的本構(gòu)模型數(shù)值算法程序?qū)崿F(xiàn)30-44
- 2.5 本章小結(jié)44-45
- 第三章 瀝青膠砂設(shè)計與試件成型45-59
- 3.1 試驗用原材料性能檢測45-47
- 3.1.1 瀝青試驗45-46
- 3.1.2 礦粉試驗46
- 3.1.3 集料試驗46-47
- 3.2 瀝青混合料設(shè)計47-51
- 3.2.1 瀝青混合料級配設(shè)計47
- 3.2.2 馬歇爾試件成型47-48
- 3.2.3 馬歇爾試驗確定最佳瀝青用量48-51
- 3.3 瀝青膠砂設(shè)計51-54
- 3.3.1 瀝青膠砂試件中的集料級配51
- 3.3.2 瀝青膠砂試件中瀝青含量的確定51-53
- 3.3.3 瀝青膠砂試件中瀝青和各檔集料用量的確定53-54
- 3.4 瀝青膠砂試件成型方法研究54-57
- 3.4.1 澆模成型54-56
- 3.4.2 切割成型56-57
- 3.4.3 瀝青膠砂試件成型方法比選及試件養(yǎng)護(hù)57
- 3.5 本章小結(jié)57-59
- 第四章 瀝青膠砂三維粘彈本構(gòu)參數(shù)的確定59-81
- 4.1 確定粘彈本構(gòu)參數(shù)的原理及試驗方法59-60
- 4.2 瀝青膠砂蠕變試驗方案設(shè)計60-68
- 4.2.1 試驗設(shè)備60-62
- 4.2.2 單軸拉伸蠕變試驗62-66
- 4.2.3 扭轉(zhuǎn)剪切蠕變試驗66-68
- 4.3 瀝青膠砂蠕變試驗結(jié)果及分析68-70
- 4.3.1 單軸拉伸蠕變曲線68-69
- 4.3.2 扭轉(zhuǎn)剪切蠕變曲線69-70
- 4.4 瀝青膠砂線粘彈性本構(gòu)參數(shù)的擬合與換算70-80
- 4.4.1 蠕變曲線擬合70-74
- 4.4.2 蠕變?nèi)崃繀?shù)計算74-76
- 4.4.3 松弛模量參數(shù)的確定76-77
- 4.4.4 基于Prony級數(shù)蠕變?nèi)崃颗c松弛模量的轉(zhuǎn)換77-80
- 4.5 本章小結(jié)80-81
- 第五章 瀝青膠砂本構(gòu)模型試驗驗證81-101
- 5.1 單軸壓縮試驗81-91
- 5.1.1 虛擬力學(xué)試驗81-85
- 5.1.2 室內(nèi)試驗驗證85-89
- 5.1.3 單軸壓縮試驗結(jié)果對比分析89-91
- 5.2 三點彎曲試驗91-99
- 5.2.1 虛擬力學(xué)試驗91-93
- 5.2.2 室內(nèi)試驗驗證93-97
- 5.2.3 三點彎曲試驗結(jié)果對比分析97-99
- 5.3 本章小結(jié)99-101
- 結(jié)論與展望101-104
- 主要結(jié)論101-102
- 本論文的主要創(chuàng)新點102
- 研究展望102-104
- 參考文獻(xiàn)104-108
- 攻讀碩士學(xué)位期間取得的研究成果108-109
- 致謝109-110
- 附件110
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3 張雷;巷道支架用瀝青膠砂可縮性接頭承載性能研究[D];安徽理工大學(xué);2014年
，本文編號：1031134
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