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基于PFC3D的沥青混合料虚拟试验研究
| 论文题名： | 基于PFC3D的沥青混合料虚拟试验研究 |
| 关键词： | 沥青混合料;温度应变;疲劳性能;细观力学模型;三维离散元软件 |
| 摘要： | 沥青混合料是一种各向异性多相复合材料，具有与温度相关的复杂物理力学特性，在宏观尺度上分析沥青混合料内部结构的受力、变形等特点与机理较为困难。离散元凭借其处理非连续介质、材料大变形问题等方面的优势，可以模拟沥青混合料室内试验的细观结构。因此，本文基于离散单元法对沥青混合料进行从低温到高温的室内试验性能研究，从细观力学角度分析沥青混合料高低温及疲劳性能，主要步骤如下: 首先，由集料级配、油石比以及空隙率推导出每档粗集料（2.36mm以上集料）占虚拟试件的体积分数和沥青砂浆（2.36mm以下集料、矿粉与沥青组成）的密度计算公式，集料预先以等粒径的球单元投放到虚拟试件中，再以矿料间隙率校核集料的体积分数，提取校准后的几何信息作为生成多面体集料的初始参数，在不规则多面体集料生成算法基础上，结合室内试件空隙的实际分布，进行沥青混合料三维结构的数字重构，生成与室内试验尺寸相同的沥青混合料三维离散元虚拟试件。 其次，根据试验温度和破坏模式选取合适的细观接触模型，设计沥青砂浆试验获取细观参数。由沥青砂浆劈裂试验以及单轴蠕变试验获取不同温度下的宏观弹性与粘弹性参数，并验证Burgers粘弹性模型的温度和荷载适用区间，由宏观与细观参数的转化关系获得沥青砂浆内部单元、沥青砂浆与集料单元之间、集料单元之间的细观参数。 最后，模拟沥青混合料低温断裂试验，观察试件的开裂与裂缝扩展特征，分析三点弯曲小梁试件的内在断裂机理和影响因素;模拟四点弯曲疲劳试验，观察试件内部应力应变实时变化状态，分析疲劳开裂机理，分析不同级配对虚拟疲劳寿命的影响;模拟缩减时间下的单轴蠕变试验，其中蠕变试验的一二阶段采用无损伤的Burgers粘弹性模型模拟，针对第三阶段的蠕变损伤是通过引入损伤因子实现材料参数的衰减，从而引起材料的劣化，最后实现蠕变损伤。 结果表明:集料体积分数、砂浆的粘结强度、温度、细观接触模型、加载应力、加载方式等对沥青混合料的高低温以及疲劳性能均有显著影响。 |
| 作者： | 张垚 |
| 专业： | 道路与铁道工程 |
| 导师： | 廖公云;马涛 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 东南大学 |
| 学位年度： | 2015 |
| 正文语种： | 中文 |
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