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沥青面层温度裂缝的扩展有限元分析
| 论文题名： | 沥青面层温度裂缝的扩展有限元分析 |
| 关键词： | 沥青路面;温度场;裂缝扩展;线弹性断裂力学;有限元模拟 |
| 摘要： | 一直以来,沥青铺装路面一直是我国高等级公路铺装的主要形式,其施工的便利性、行车的舒适性,以及易于维修养护等优点是其它形式路面铺装无法比拟的。然而,随着我国公路总里程的不断扩大,由于种种原因导致的路面病害收到了越来越多的关注,而沥青路面的裂缝问题,更是普遍存在于沥青路面寿命的各个阶段。由于裂缝产生的原因复杂多样,国内外对裂缝的产生机理、扩展行为,以及影响因素等各个方面都进行了一定的研究,得出了丰硕的成果,对预防和治理沥青路面裂缝做出了很大的贡献。 随着有限元方法的应用,特别是大型有限元软件的普及,使得沥青路面裂缝分析得到了前所未有的发展,其强大的计算能力,对裂缝环境的模拟可以做到更加接近沥青裂缝的实际环境,对裂缝的模拟更加精确。 近年来,扩展有限元的应用更是使得裂缝模拟分析领域更加直观化,直到现在,扩展有限元法是裂纹扩展领域里最有前途的方法。根据扩展有限元的概念,裂纹完全独立于网格,裂纹可以在有限元内部开始开裂,因此,有限元网格的形状和走向在裂纹的扩展过程中完全不用考虑,实现了裂纹的全自动扩展模拟。目前,扩展有限元方法已经在很多问题的求解过程中被成功应用。 本研究将以扩展有限元法为基础,从温度场下的变温扩展着手,对沥青路面表面裂纹在温度场下的扩展情况进行直观的模拟分析,主要的研究内容及结论如下: (1)基于温度场理论和的相关研究,在扩展有限元中建立了温度场下的裂缝扩展模型; (2)研究了沥青路面表面裂缝在温度场作用下的扩展过程。根据不同温度变化情况,沥青路面的应力及应变都会有所不同。首先在不同的温度幅值下建立模型,得出不同温度幅值下的随时间变化的温度场。再建立带有初始裂缝的力学模型,把先前得到的温度场导入到预定义温度场中,引入扩展有限元,对沥青路面表面裂缝的扩展进行分析; (3)根据对周期性以及突然降温的非周期性温度场作用下的模拟过程的直观观察结果,对裂缝的开裂时间、开裂速度及最终开裂长度的直观观察,得出了裂缝在温度场作用下的变化规律。 本文的研究表明:用理论推导和基于ABAQUS的扩展有限元数值模拟的方法对沥青路面表面裂缝在温度场作用下的扩展情况进行分析是可行的。在扩展有限元中,通过对沥青表面裂缝扩展情况的模拟,可以直观的观察温度的变化对裂缝扩展过程的影响,为改进路面设计方法提供有用的参考,并为扩展有限元的进一步应用进行尝试。 |
| 作者： | 甄西刚 |
| 专业： | 建筑与土木工程 |
| 导师： | 王复明 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 郑州大学 |
| 学位年度： | 2012 |
| 正文语种： | 中文 |
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