半剛性基層瀝青路面是我國高等級公路的主要路面結(jié)構(gòu)形式,裂縫是半剛性基層瀝青路面常見的病害之一,僅僅依靠室內(nèi)試驗很難準確地預(yù)估瀝青路面的開裂破壞情況。鑒于此,本文針對瀝青路面開裂問題,采用數(shù)值模擬的方法從細觀角度分析半剛性基層瀝青路面主要的開裂形式與影響裂縫擴展的因素,旨在對今后半剛性基層瀝青路面抗裂性研究提供輔助手段。首先,基于Matlab編寫隨機骨料投放程序,生成密級配瀝青混凝土（AC）和瀝青瑪蹄脂碎石（SMA）的隨機骨料投放模型,從骨料形狀、大小、分布等方面與CT掃描得到的測試結(jié)果進行比較,驗證了隨機骨料投放模型的可行性。其次,通過編制Python程序?qū)崿F(xiàn)內(nèi)聚力單元的批量嵌入,結(jié)合生成的隨機骨料投放模型,建立二維瀝青混合料細觀斷裂模型。應(yīng)用ABAQUS軟件從細觀角度對瀝青混合料低溫開裂進行數(shù)值模擬,將得到的結(jié)果與試驗結(jié)果進行對比分析,二者具有較好的一致性,說明了瀝青混合料細觀斷裂仿真模型具有適用性。在此基礎(chǔ)上,研究了不同的骨料分布和骨料平均面積、預(yù)切口取向?qū)r青混合料低溫開裂性能的影響。接著對瀝青混合料因急劇降溫產(chǎn)生的溫縮裂縫及溫度疲勞裂縫進行數(shù)值模擬,研究結(jié)果表明:溫縮裂縫的擴展... 

【文章來源】：蘭州交通大學(xué)甘肅省

【文章頁數(shù)】：85 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

技術(shù)路線圖

蘭州交通大學(xué)碩士學(xué)位論文-9-(a)Ⅰ型(b)Ⅱ型(c)Ⅲ型圖2.1三種基本的裂紋擴展形態(tài)2.1.2基于應(yīng)力強度因子的斷裂理論材料產(chǎn)生各種各樣的失穩(wěn)斷裂的原因主要是由于裂紋的存在造成的，裂紋的萌生和擴展與裂紋尖端的應(yīng)力分布有關(guān)。很多時候，材料中的裂紋或缺陷降低了材料本身的極限強度，使其達不到原來完整材料的極限強度，就發(fā)生了裂紋擴展。這類問題困擾了科學(xué)家好長時間，直到Irwin引入了應(yīng)力強度因子的概念來表征裂縫尖端應(yīng)力場地強弱，該類問題才被很好地量化并解決。Ⅰ型裂紋的裂縫尖端應(yīng)力場可以表示成：1)-(22cos23sin2sin2)23sin2sin1(2cos2)23sin2sin1(2cos2rKrKrKxyyx其中：K—Ⅰ型裂紋的應(yīng)力強度因子；r、—以裂紋尖端左邊為原點的極坐標；Ⅱ型裂紋的裂縫尖端應(yīng)力場可以表示成：2)-(2)23sin2sin1(2cos223cos2cos2sin2)23cos2cos2(2sin2rKrKrKxyyx

蘭州交通大學(xué)碩士學(xué)位論文-13-裂縫尖端附近的彈性應(yīng)變能密度等于：20)-(2rSW其中：233222122112SKKKaKK裂紋起裂擴展也可以用應(yīng)變能密度因子準則進行判斷，但使用該準則時必須基于兩個假設(shè):(1)裂紋的起裂方向由應(yīng)變能密度因子達到最小時的方向決定;(2)在這一方向上，當(dāng)最小應(yīng)變能密度因子達到臨界值時，裂紋開始擴展[39]。相應(yīng)的斷裂判據(jù)可表示為CSS。2.2內(nèi)聚力模型簡介典型的材料分離模型中有種叫內(nèi)聚力的模型，簡稱CZM。材料斷裂的數(shù)值模擬使用CZM可以變得高效、便捷。近年來，它已被廣泛應(yīng)用于瀝青混合料的斷裂性能研究。內(nèi)聚力模型的突出之處就是可以消除裂紋尖端的應(yīng)力奇異性，它可以用來模擬材料在單調(diào)荷載作用下的斷裂過程，并且適用于有限元、離散元分析，無論是脆性材料或者是延性材料的斷裂數(shù)值模擬它均適用。2.2.1內(nèi)聚力理論內(nèi)聚力理論可以簡述為：在裂縫擴展過程中，裂縫尖端位置處存在一相對尺寸很小的內(nèi)聚力區(qū)域，并且該區(qū)域的范圍大小跟加載方式無關(guān)。研究表明，內(nèi)聚力區(qū)域內(nèi)，裂紋表面受到的應(yīng)力與裂紋面的張開位移具有函數(shù)關(guān)系，見式(2-21)和圖2.2所示。f21)-(2)(圖2.2內(nèi)聚力模型應(yīng)力-位移關(guān)系

【參考文獻】：
期刊論文
[1]瀝青路面半剛性基層反射裂縫危害及預(yù)防措施[J]. 代科,馬拉莫.  交通世界. 2020(Z1)
[2]半剛性基層瀝青路面反射裂縫成因及其防治措施研究[J]. 袁媛.  交通世界. 2019(16)
[3]基于SCB試驗的瀝青混合料低溫抗裂性研究[J]. 李萍,吳中,馬科,張雅莉.  武漢理工大學(xué)學(xué)報(交通科學(xué)與工程版). 2015(02)
[4]基于CT-連續(xù)加荷水泥乳化瀝青混凝土細觀損傷規(guī)律研究[J]. 閆小虎,楊華全,石妍,李明霞.  長江科學(xué)院院報. 2013(03)
[5]基于內(nèi)聚力模型的瀝青路面低溫縮裂數(shù)值模擬[J]. 鈕凱健,李昶.  公路交通科技. 2012(06)
[6]瀝青混合料劈裂試驗的擴展有限元法數(shù)值模擬[J]. 姚莉莉,王選倉.  武漢大學(xué)學(xué)報(工學(xué)版). 2011(06)
[7]基于內(nèi)聚力模型的瀝青混合料劈裂試驗?zāi)M[J]. 張東,黃曉明,趙永利.  東南大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版). 2010(06)
[8]采用數(shù)字圖像處理技術(shù)和內(nèi)聚力模型模擬瀝青混合料裂縫擴展[J]. 陳記.  公路交通技術(shù). 2010(03)
[9]基于內(nèi)聚力模型的瀝青路面低溫縮裂研究[J]. 趙永利,張東.  公路交通科技. 2010(01)
[10]三維隨機多面體骨料生成和投放技術(shù)[J]. 楊新華,徐瑞,陳傳堯.  華中科技大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版). 2009(08)

博士論文
[1]瀝青混合料開裂破壞行為的細觀尺度模擬[D]. 尹安毅.華中科技大學(xué) 2013
[2]基于X-ray CT和有限元方法的瀝青混合料三維重構(gòu)與數(shù)值試驗研究[D]. 萬成.華南理工大學(xué) 2010

碩士論文
[1]水泥穩(wěn)定級配碎石振動攪拌技術(shù)的應(yīng)用研究[D]. 梁爽.東北林業(yè)大學(xué) 2018



本文編號：3047426