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基于沥青混合料集料形态的骨架组构敏感性研究
| 论文题名： | 基于沥青混合料集料形态的骨架组构敏感性研究 |
| 关键词： | 沥青混合料;集料形态;随机集成模型;数值模拟;堆积密度;配位数 |
| 摘要： | 沥青混合料是一种典型的弹、粘、塑性综合体，在不同的温度范围内，表现出不同的形态，其力学性质除了受外在状态变量的影响外，还受材料的内在变量的影响。沥青混合料中绝大部分为集料，约占沥青混合料体积的90％，集料颗粒之间会产生嵌挤、摩擦作用，因此集料颗粒的几何形态、它们之间的微观相互作用等对沥青混合料的力学性质有很大影响。 鉴于此，本文以椭球体作为粗集料颗粒形状，对椭球粒子的几何表示、椭球粒子间、椭球粒子与边界间的接触判定方法、接触点与接触叠合量的计算、粒子的邻居元搜索算法、粒子的堆积方式以及一元六次多项式方程的求解进行了详细的描述，建立了三维椭球粗集料颗粒的随机集成模型，并在VC++平台上，实现了基于几何势能法的集料随机堆积计算程序的开发。 利用本文开发的数值模型模拟单一粒径和双粒径混合椭球粒子的随机堆积过程。以空隙率和配位数这两个表征堆积结构特性的重要参数为研究指标，分析粒子几何形态(非球度纵横比)和边界条件对单一粒径粒子堆积结构的影响，讨论了各粒径粒子的体积含量，粒径相对大小以及粒子几何形态对双粒径混合粒子堆积结构的影响。模拟结果表明：相对边界尺度(粒子当量半径与立方体容器边长之比)对堆积密度与配位数影响显著，且其均随着相对边界尺度的减小而增大；三维尺寸越接近，颗粒堆积越密实；散体颗粒的平均配位数与其对应的密实度随着纵横比的变化趋势较为一致，均随着椭球体纵横比的增加而减小。对于双粒径组成混合料，随着小粒径粒子体积分数增加，混合料空隙率减小，但当其体积分数超过约30％后，空隙率反而增大，小粒子间、大粒子与小粒子间接触的分类平均配位数增大，而小粒子与大粒子间、大粒子间接触的分类平均配位数减小，小粒子或大粒子分量平均配位数均增大，且大粒径分量配位数增幅更大；随着大小粒径比值的增大，混合料空隙率逐渐减小，大粒子的分量平均配位数增大，而小粒子的分量平均配位数并没有较大的变化；纵横比越小，混合料堆积越密实，分量平均配位数越大。 为验证数值模型的可靠性，本文还进行了室内试验，以圆球状和椭球状卵石为粗集料，测试了集料颗粒几何形状对骨架结构VCADRC的影响。试验结果表明：椭球状卵石的VCADRC大于圆球状卵石的VCADRC；无论哪一种几何形状，单一分组粒径粗集料的VCADRC较大；不同颗粒形状的组合会导致三种同样级配的VCADRC的相对大小关系发生变化；不同级配会导致同一几何形状组合的VCADRC大小发生变化。由此可见，数值模拟与室内试验结果吻合较好。 |
| 作者： | 刘小燕 |
| 专业： | 道路与铁道工程 |
| 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： | 2010 |
| 正文语种： | 中文 |
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