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粗集料洛杉矶磨耗虚拟试验方法的研究
| 论文题名： | 粗集料洛杉矶磨耗虚拟试验方法的研究 |
| 关键词： | 道路工程;粗集料;离散单元法;洛杉矶磨耗试验;能量叠加 |
| 摘要： | 基于洛杉矶磨耗试验的粗集料磨耗值是道路建材设计最为重要的力学指标之一。为分析导致粗集料磨耗值改变的主要因素，论文采用离散单元法进行试验的仿真分析。研究中，采用能量跟踪方法，在三维颗粒流程序PFC3D平台上，二次开发了离散球体运动分析程序，通过跟踪单元体在指定时步内能量的分析，确定了集料颗粒的状态变化，并联系量化模拟计算结果，讨论了影响粗集料磨耗程度的试验条件和集料微观属性，在以下四个方面进行了初步探讨: 第一，分析了在洛杉矶磨耗试验中，粗集料破碎和磨耗损失过程中的能量转化机理，确定了虚拟试验以能量改变作为集料破碎的评判指标，验证了集料的相互作用力和摩擦力对磨耗损失的巨大影响，发现:在磨耗试验中，集料磨耗损失主要源于钢球与集料颗粒之间的相互碰撞、滚压和微量磨损作用。 第二，利用PFC3D商用软件，建立了粗集料洛杉矶磨耗虚拟试验模型，并通过跟踪集料单元能量在试验过程中的适时变化，分析了集料与集料、集料与钢球间的能量传递，提出了磨耗能量再分配的数值模拟实现方法，即:基于单元体能量守恒原则，按指定的能级分配峰值能量，并与颗粒粒度和运动速度指标相联系，为磨耗虚拟试验提供了可行的实施路径。 第三，采用冲击试验分析了粗集料在冲击作用下的碎化过程，并以石屑破碎百分率的变化作为粗颗粒体积减小评估指标，经反算得到粗颗粒体积变化率与冲击能量的关系，从而实现了粗集料磨耗的量化表述。 第四，以钢球数量、粗集料的强度及刚度为变化量，结合洛杉矶实体试验，对沥青混合料所采用的典型集料进行了数值仿真分析，发现: 1)在洛杉矶磨耗试验中，钢球是对集料实施磨耗作用的磨耗工具，也是传递磨耗能量的介质体，对集料的磨耗起控制作用。在钢球作用下，集料因冲击、剪切而发生破坏产生的磨耗损失量是集料纯磨耗下损失量的6倍以上。 2)颗粒的接触刚度集中反映材料的强度，对集料磨耗损失程度不可忽略的影响。随着颗粒接触刚度的增加，材料表现的宏观耐磨性也随之提高，并具有较强抵抗摩擦、抗撞击的能力。对比实体试验，发现具有更高强度的玄武岩，其磨耗损失量显著小于卵石的磨耗损失量，证实了模拟结果的合理性。 3)粗集料的磨耗与破裂共存于洛杉矶磨耗试验中，且以集料的破碎为磨耗试验的主要现象，粗集料表面纹理越粗糙，则表现出更好的耐磨性。 |
| 作者： | 翟鹏程 |
| 专业： | 建筑与土木工程 |
| 导师： | 陆阳 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 西南交通大学 |
| 学位年度： | 2014 |
| 正文语种： | 中文 |
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