本文關(guān)鍵詞：基于內(nèi)聚力模型和三維離散元法瀝青混合料劈裂試驗研究

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【摘要】：瀝青混合料劈裂試驗,作為路面結(jié)構(gòu)設(shè)計、瀝青混合料設(shè)計的內(nèi)容之一,同時,也是研究瀝青混合料破損機(jī)理的手段之一。劈裂試驗因其操作簡單,且在加載時,位于試件中部的應(yīng)力狀態(tài),較路面在受荷時的應(yīng)力狀態(tài)相類似,因此,劈裂試驗在瀝青混合料力學(xué)性能研究中得到了廣泛的應(yīng)用。離散單元法(DEM)作為數(shù)值模擬方法的一種,更適于模擬顆粒組合體的細(xì)觀力學(xué)表現(xiàn)行為,在進(jìn)行非連續(xù)介質(zhì)材料數(shù)值模擬時,DEM具有顯著的優(yōu)勢。瀝青混合料作為非連續(xù)介質(zhì)材料的一種,其不連續(xù)性主要體現(xiàn)在三個方面：集料和瀝青膠漿界面處材料性能的不連續(xù)性,相鄰集料顆粒間的不連續(xù)性,以及相鄰孔隙間的不連續(xù)性。通過離散單元法建立瀝青混合料微觀結(jié)構(gòu)模型更為直觀,并且離散單元法在描述瀝青混合料細(xì)觀裂紋擴(kuò)展及斷裂過程中得到了大量應(yīng)用。內(nèi)聚力模型(CZM)在研究瀝青混合料裂紋擴(kuò)展中有著顯著的優(yōu)勢,如內(nèi)聚力模型可以較好的模擬瀝青混合料裂紋擴(kuò)展的全過程,以及開裂過程中力學(xué)性能的變化,使得內(nèi)聚力模型在瀝青混合料力學(xué)性能研究中得到了廣泛關(guān)注。本文依托瀝青混合料劈裂室內(nèi)試驗,借由萬能壓力試驗機(jī),輸出劈裂試驗過程中的豎向荷載-位移全曲線,結(jié)合CT掃描技術(shù)、數(shù)字圖像處理技術(shù)及三維離散單元法,基于內(nèi)聚力模型選用材料參數(shù),進(jìn)行瀝青混合料劈裂試驗三維離散元數(shù)值模擬研究。在瀝青混合料劈裂試驗三維離散元模型重構(gòu)過程中,集料采用cluster型,并使用實際邊界信息,為離散單元基本元素賦予接觸粘結(jié)模型,分別以加載速率、模型參數(shù)、溫度、油石比為影響因素進(jìn)行三維離散元模擬,研究各影響因素的影響效應(yīng)。研究結(jié)果表明：將CT掃描技術(shù),數(shù)字圖像處理技術(shù)相結(jié)合,利用三維離散單元法,能夠直觀的構(gòu)建劈裂試驗的數(shù)值模型；將內(nèi)聚力模型用于劈裂試驗三維離散元模擬,能夠研究瀝青混合料在劈裂試驗過程中的微觀力學(xué)性能,但由于數(shù)值模擬與室內(nèi)試驗在加載速率與加載形式上存在較大差距,需通過參數(shù)調(diào)整,以進(jìn)一步將內(nèi)聚力模型應(yīng)用在三維離散元模擬中。
【關(guān)鍵詞】：道路工程 劈裂試驗 CT技術(shù) 數(shù)字圖像處理 內(nèi)聚力模型 三維離散元 加載速率 模型參數(shù) 溫度 油石比
【學(xué)位授予單位】：浙江大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：U414
【目錄】：

• 致謝4-5
• 摘要5-6
• Abstract6-9
• 1 緒論9-20
• 1.1 研究背景和意義9-10
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀10-18
• 1.2.1 國內(nèi)研究現(xiàn)狀10-14
• 1.2.2 國外研究現(xiàn)狀14-18
• 1.3 主要研究思路18
• 1.4 主要研究內(nèi)容18-20
• 2 瀝青混合料CT圖像處理20-26
• 2.1 CT技術(shù)簡介20-21
• 2.2 CT圖像處理21-25
• 2.2.1 圖像數(shù)字化22-23
• 2.2.2 圖像分割23-24
• 2.2.3 邊界檢測24-25
• 2.2.4 信息輸出25
• 2.3 本章小結(jié)25-26
• 3 瀝青混合料離散單元法概述26-41
• 3.1 DEM模型在瀝青混合料研究中的發(fā)展和應(yīng)用26-30
• 3.2 離散元/有限元模型在瀝青混合料研究中的應(yīng)用30-33
• 3.3 PFC2D/3D在瀝青混合料模擬中的應(yīng)用33-40
• 3.3.1 使用PFC2D/3D模擬瀝青混合料33-34
• 3.3.2 使用PFC2D/3D重構(gòu)瀝青混合料幾何結(jié)構(gòu)34-35
• 3.3.3 瀝青混合料離散元力學(xué)模型35-36
• 3.3.4 模型參數(shù)與材料物理性質(zhì)之間的聯(lián)系36-38
• 3.3.5 邊界條件與荷載條件38
• 3.3.6 數(shù)值模擬和結(jié)果分析38-40
• 3.4 本章小結(jié)40-41
• 4 瀝青混合料劈裂試驗及其三維離散元模擬41-61
• 4.1 瀝青混合料劈裂試驗概述41-45
• 4.2 內(nèi)聚力本構(gòu)模型45-54
• 4.2.1 內(nèi)聚力概念45-46
• 4.2.2 內(nèi)聚力的一般性質(zhì)46-47
• 4.2.3 粘聚軟化本構(gòu)關(guān)系47
• 4.2.4 斷裂能的確定47-48
• 4.2.5 內(nèi)聚力模型的離散元實現(xiàn)48-54
• 4.3 劈裂試驗三維離散元模擬54-60
• 4.3.1 劈裂試驗幾何模型構(gòu)建55-56
• 4.3.2 初始宏觀材料參數(shù)確定56-58
• 4.3.3 劈裂試驗荷載與邊界條件設(shè)置58-59
• 4.3.4 劈裂試驗?zāi)M結(jié)果輸出和分析59-60
• 4.4 本章小結(jié)60-61
• 5 瀝青混合料劈裂試驗三維離散元模擬影響因素分析61-92
• 5.1 不同加載速率的影響分析61-63
• 5.2 模型參數(shù)的影響分析63-70
• 5.2.1 剛度參數(shù)影響分析63-66
• 5.2.2 粘結(jié)強(qiáng)度參數(shù)影響分析66-68
• 5.2.3 參數(shù)調(diào)整68-70
• 5.3 試驗溫度影響分析70-81
• 5.3.1 試驗溫度影響效應(yīng)數(shù)值模擬70-77
• 5.3.2 試驗驗證77-81
• 5.4 不同油石比的影響分析81-86
• 5.4.1 油石比影響效應(yīng)數(shù)值模擬81-84
• 5.4.2 試驗驗證84-86
• 5.5 不同加載速率影響分析86-91
• 5.5.1 加載速率影響效應(yīng)數(shù)值模擬86-89
• 5.5.2 試驗驗證89-91
• 5.6 本章小結(jié)91-92
• 6 結(jié)論與展望92-94
• 6.1 主要結(jié)論92-93
• 6.2 展望93-94
• 參考文獻(xiàn)94-99
• 作者簡歷及在學(xué)期間所取得的科研成果99

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本文編號：857648