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原文传递基于内聚力模型的沥青路面裂缝发展过程模拟

论文题名：	基于内聚力模型的沥青路面裂缝发展过程模拟
关键词：	沥青路面;低温缩裂;裂缝扩展;内聚力模型;有限元软件;数值模拟
摘要：	沥青路面在使用过程中均会出现各种各样的破坏，这些破坏主要包括开裂、车辙、沉陷和松散等。其中沥青路面的开裂已经成为世界各国沥青路面使用中遇到的主要病害之一，严重地影响了沥青路面的使用性能和服务寿命，分布十分普遍。因此，研究沥青路面裂缝的发展过程对于防治和延缓路面的开裂具有重要意义。　　本文借助ABAQUS有限元软件对沥青路面低温开裂的发展过程进行数值模拟，然后进行相应的参数分析，对低温下沥青路面裂缝的发生和扩展机理做了进一步的认识和理解，为路面性能预测和路面结构设计提供一定的参考。　　内聚力模型(CZM)是一种研究裂纹失效的方法，可用于分析韧性材料以及脆性材料的断裂问题。本文首先对沥青混凝土内聚力模型进行了研究，论述了沥青路面的开裂特性，对内聚力模型的本构关系、界面单元和损伤准则进行了探讨，并针对沥青路面的开裂特性对内聚力模型进行了合理的选取。　　为了较为准确的获取内聚力模型的各项参数，文章针对几个主要的模型参数进行了试验设计，试验包括疲劳试验、三点弯曲梁试验和间接拉伸试验。疲劳试验为解决沥青路面疲劳性能研究提供服务，三点弯曲梁试验测定材料的断裂能参数，间接拉伸试验测定材料的开裂强度参数。内聚力模型的材料参数试验是获取模型参数的重要步骤，是文章进行计算模拟的重要条件。　　为了更真实的模拟沥青混合料的材料特性，本文在进行沥青路面裂缝发展过程数值模拟时，采用了ABAQUS中的Prony级数模型，它能很好的反映沥青混合料的粘弹性特性，其时间增量型有限元计算方法能很精确的得到粘弹性问题的有限元解。运用ABAQUS对TSRST试验进行有限元模拟，其数值模拟结果与试验结果非常接近，进一步说明选用ABAQUS粘弹性有限元对实际问题进行分析计算是准确可靠的。　　通过对疲劳和三点弯曲梁试验的结果进行分析，发现断裂能数据结果产生大量的偏差和反常的现象，这是由于三点弯曲梁试验本身的条件限制、试件成型的方式及混合料的均匀性等影响因素造成。以断裂能为轴载换算的等效准则，得到了轴载换算公式的指数为8.46。　　运用ABAQUS有限元软件进行了沥青路面的低温缩裂模拟，并进行了参数敏感性分析。计算模型表明，路面温度降至一定温度时，路表面开始出现初始损伤，损伤值随着路面结构深度的增加而减小：随着温度的进一步降低，在路表面开始产生裂缝，面层受损的深度也在逐渐增加；当路表面温度降至开裂温度时，沥青面层完全开裂，且开裂过程只经历了很短的时间，表明沥青面层在降温过程中有急剧开裂的现象。参数敏感性分析表明，降温时间、起始温度、Prony级数瞬态弹性模量、泊松比和有无粘弹特性对路面的开裂温度都有影响。
作者：	钮凯健
专业：	交通运输工程;道路与铁道工程
导师：	李昶
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