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沥青混合料的变阶分数阶黏弹性本构模型与应用
| 论文题名： | 沥青混合料的变阶分数阶黏弹性本构模型与应用 |
| 关键词： | 沥青混合料;变阶分数阶微积分;蠕变损伤;黏弹性;动态模量主曲线 |
| 摘要： | 沥青混合料是一种典型的黏弹塑性多相复合材料，具有复杂的流变特性。沥青路面因其良好的路用性能，被广泛应用于国内外道路建设中。在静载条件下，研究沥青混合料的线性和非线性蠕变变形特性，可以充分了解其变形规律对沥青路面永久变形的影响；在动载条件下，由于沥青路面在多数车轮荷载作用下产生的应变非常小，因此研究沥青混合料在线黏弹性范围内的应力应变响应，对完善路面结构设计、防治路面病害、延长路面使用寿命具有重要的现实意义。本文围绕沥青混合料的蠕变及动态黏弹特性开展研究，主要的工作与结论如下： 1.为准确描述沥青混合料的完整三阶段蠕变变形，基于变阶分数阶微积分理论，构建了一个新的变阶分数阶非线性黏弹塑性蠕变模型。模型中变阶分数阶元件的微分阶次不再是常数，而是一个随时间变化的变量，其阶次的变化能定量描述沥青混合料在衰减蠕变和稳态蠕变过程中黏弹性能的演变；考虑沥青混合料在高应力水平下的迟滞损伤演化，用时变黏性的黏塑性元件描述加速蠕变阶段。 2.在25℃下使用MTS-809试验机，在0.7～1.7MPa六个常应力水平下对AC-13C(AH-70#)沥青混合料进行单轴压缩蠕变试验，通过Levenberg-Marquardt优化算法，采用构建的模型对试验结果进行分段非线性拟合，结果表明：模型与试验结果吻合良好，验证了模型能有效描述衰减蠕变-稳态蠕变-加速蠕变的全过程。同时，模型参数物理意义明确，变阶分数阶元件微分阶次的变化与试验结果具有高度的一致性，微分阶次在衰减蠕变阶段为常数，说明沥青混合料在小应变范围内蠕变性能表现为线性黏弹性特征；进入稳态蠕变阶段后微分阶次增大，说明沥青混合料在蠕变过程中黏性性质增加，且应力水平越高黏性表现得越突出；同时验证了分段处理是模拟沥青混合料蠕变行为的有效方法。 3.使用UTM-30试验机对AC-13C(AH-70#)沥青混合料进行小应变范围内无损的单轴压缩动态模量试验，基于试验结果，分析了动态模量、相位角等动态黏弹性参数的温度、频率依赖性；基于时间-温度等效原理，采用Sigmoid函数模型和广义Sigmoid函数模型构建了动态模量主曲线，结果表明广义Sigmoid函数模型能更为准确地描述动态模量主曲线的非对称特性；追加了AC-13C(SBS)沥青混合料的动态模量试验，结果表明SBS改性剂的添加能改善沥青混合料的抗变形能力；最后，引入了Wiechert力学模型，给出了模型Prony级数形式的松弛模量和存储模量表达式，通过存储模量主曲线和方程演算，实现了存储模量与松弛模量的转换。 |
| 作者： | 黎博 |
| 专业： | 固体力学 |
| 导师： | 罗文波 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 湘潭大学 |
| 学位年度： | 2020 |
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