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基于损伤力学的沥青路面疲劳损伤研究
| 论文题名： | 基于损伤力学的沥青路面疲劳损伤研究 |
| 关键词： | 路面工程;沥青路面;损伤度;疲劳寿命;有限元分析 |
| 摘要： | 我国公路建设中广泛运用的半刚性基层沥青路面早期破坏严重，路面的实际使用寿命低于设计寿命。目前，大量出现的损坏是现行理论和规范所无法解释的，路面实践中所暴露的大量问题促使应对路面分析设计理论进行反思。本文运用疲劳损伤有限元方法分析半刚性基层沥青路面在交通荷载与温度荷载下的疲劳损伤行为与疲劳寿命，旨在真正揭示半刚性基层沥青路面的疲劳破坏机理，为半刚性基层沥青路面的设计与施工提供理论依据。同时，基于疲劳损伤的研究方法，对长寿命沥青路面结构设计进行探讨。 1.依据基于Chaboche非线性疲劳损伤模型推导的矩形截面梁的应力、应变和损伤度，以及疲劳寿命等之间的关系以及相关试验结果，确定了沥青混合料、水泥稳定碎石、二灰土三种路面材料的疲劳损伤演化方程指数，分析了三种材料的疲劳损伤演化规律和疲劳寿命。 2.利用有限元与疲劳损伤理论分析出疲劳损伤有限元实现方法，并利用ABAQUS有限元软件、FORTRAN程序语言和疲劳损伤分析流程图，编制了考虑疲劳损伤的材料子程序，实现了全耦合的疲劳损伤有限元分析。 3.利用疲劳损伤有限元方法分别基于两种不同疲劳损伤模型分析了交通荷载下半刚性基层沥青路面结构的疲劳损伤行为，即损伤度在路面结构内的空间分布与随时间的演化规律、水平正应力与水平正应变在路面结构内的空间分布与随时间的演化规律、路表弯沉随时间改变的规律，以及路面结构参数与接触条件对损伤度、水平正应力、路表弯沉的影响。同时基于损伤度的概念确定了半刚性基层沥青路面在车辆荷载下的裂纹形成疲劳寿命以及结构参数与接触条件等对裂纹形成疲劳寿命的影响。分析过程中对两种模型的计算结果进行了比较，发现非线性模型更能体现路面结构的损伤演化过程。 4.利用疲劳损伤有限元方法分别基于两种不同疲劳损伤模型分析了温度荷载下半刚性基层沥青路面面层结构的疲劳损伤行为，即损伤度的分布与演化规律、水平正应力的分布与演化规律，以及面层结构参数与温度参数对相关量的影响。并基于损伤度的概念分析了温度荷载作用下沥青面层裂纹形成疲劳寿命，以及面层结构参数与温度参数对裂纹形成疲劳寿命的影响。分析过程中对两种分析模型的计算结果进行了比较。 5.运用疲劳损伤有限元方法，分析了沥青稳定碎石与水泥稳定碎石基于应力的疲劳极限，并于此初步建立了长寿命沥青结构设计方法。 |
| 作者： | 孙志林 |
| 专业： | 道路与铁道工程 |
| 导师： | 黄晓明 |
| 授予学位： | 博士 |
| 授予学位单位： | 东南大学 |
| 学位年度： | 2008 |
| 正文语种： | 中文 |
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