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基于内聚力模型的沥青混合料疲劳仿真研究
| 论文题名： | 基于内聚力模型的沥青混合料疲劳仿真研究 |
| 关键词： | 沥青混合料;疲劳仿真;内聚力模型;沥青混凝土路面 |
| 摘要： | 沥青混凝土路面作为我国高等级路面的主体路面形式，已经得到了越来越广泛的应用。与此同时，沥青路面的病害也引起了人们越来越多的重视，其中，沥青路面的疲劳破坏无疑是最为重要的一种。因此，研究沥青混合料的疲劳特性、预测沥青混合料的疲劳寿命具有非常重要的意义。 与研究疲劳问题的传统方法相比，内聚力模型(CZM)可以有效模拟裂纹生成与扩展的全过程，且基本消除了裂纹尖端的应力奇异性，因此，CZM在处理疲劳裂缝问题具有明显的优越性。本文旨在从数值仿真的角度来模拟沥青混合料的疲劳特性并对其疲劳寿命进行合理的预测，为达到这一目的，本文提出了基于CZM的疲劳损伤理论模型，编制了模型的用户材料子程序（UMAT），并使用损伤外插技术和局部耦合分析方法来模拟两种室内疲劳试验，最终成功预测了沥青混合料的疲劳寿命且对疲劳过程进行了深入地分析。 本文首先基于内聚力模型，提出了适用于沥青混合料的疲劳损伤理论模型，定义了疲劳加载过程中材料的损伤及本构关系，并使用局部耦合的方法来分析沥青混合料的疲劳问题。在此基础上，本文以ABAQUS大型有限元软件为平台，通过编制用户材料子程序(UMAT)成功实现了理论模型在有限元中的应用，解决了程序的收敛性和稳定性问题。 在对疲劳问题进行模拟时往往需要耗费大量的计算时间，使得仿真的效率降低，实用性不高。因此，在对实际问题进行模拟之前，本文研究了一种基于参数放大方法的损伤外插技术，以加速对疲劳过程的模拟，且证明了该技术的有效性。 在合理选择参数的基础上，本文对两种常用室内疲劳试验建立了有限元模型并进行了疲劳仿真：劈裂疲劳试验和小梁弯曲疲劳试验。由于前者一般采取控制应力模式，因此只对其在控制应力模式下的疲劳过程进行了模拟，对小梁疲劳试验则进行了两种控制模式下的疲劳模拟。 通过将模拟结果与试验结果相对照，证实了本文提出的仿真方法可以很好地预测两种室内疲劳试验的寿命。另外，通过对模型计算结果中的应力、疲劳损伤等参数的分析，得到了对两种试验疲劳破坏过程的描述以及疲劳损伤的演化规律等结论，这些分析结论与实际观测得到的结果相一致。最后，对模型中一些重要参数（损伤参数、沥青混合料模量等）进行了敏感性分析，就参数变化对疲劳寿命的影响给予了深入的讨论，并且分析了参数对疲劳寿命及疲劳损伤造成相应影响的原因。 |
| 作者： | 金光来 |
| 专业： | 交通运输工程;道路与铁道工程 |
| 导师： | 黄晓明 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 东南大学 |
| 学位年度： | 2011 |
| 正文语种： | 中文 |
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