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沥青混凝土路面结构蠕变损伤研究
| 论文题名： | 沥青混凝土路面结构蠕变损伤研究 |
| 关键词： | 沥青混合料;路面结构;蠕变损伤;三维模型;有限元计算 |
| 摘要： | 沥青路面以其良好的性能在道路建设中得到广泛的应用，虽然它有很多的优点，但是在路面的施工阶段，投入使用阶段以及维护过程中都会产生不同程度的损伤，随着这些损伤的不断累积，路面结构内部的裂化程度越来越严重，从而导致路面结构的承载力减小，加速路面结构破坏，减少其剩余使用寿命，在一定程度上为国家造成了损失，所以很有必要搞清楚损伤的演化过程以及损伤对其内力和变形产生的影响。 本文在粘弹性理论和损伤力学的基础上，推导出了沥青混合料的蠕变损伤本构模型，并采用有限元软件ABAQUS建立三维模型，研究其在考虑损伤和无损伤两种状态下力学响应的变化。在此过程中，主要解决的问题是损伤变量形式如何确定，如何将损伤场耦合到无损材料的本构关系中，从而得到蠕变损伤本构模型。 综上，本文对下面几个方面展开了研究并得到有关结论： （1）运用连续介质损伤力学理论和应变等价原理，确定出能够反映沥青混合料变形的损伤变量，从而推导出蠕变损伤本构模型的本构方程。 （2）根据ABAQUS用户手册，用FORTRAN语言二次开发出蠕变损伤模型的用户材料子程序UMAT，以便后续进行有限元分析。 （3）验证该蠕变损伤模型及UMAT子程序的准确性，应用有限元数值分析法，通过 UMAT子程序的接口将蠕变损伤本构导入ABAQUS主程序，建立试验模块的三维有限元仿真模型，将损伤状态下的计算结果与单轴静载蠕变试验结果进行对比。 （4）建立沥青路面的三维模型，对沥青路面在不同荷载和不同温度下进行有限元计算，研究其在有损伤和无损伤两种状态下的不同响应。从得到的计算云图和数值结果可知，无论是变换荷载还是温度，在不考虑损伤的情况下，等效蠕应变只出现两个阶段，即刚开始等效蠕应变随时间逐渐增大，之后几乎成水平线，呈现固结效应，这不符合实际情况，当考虑损伤时，应用本文建立的修正Burgers蠕变损伤模型结果曲线能够很好地模拟沥青混合料蠕变过程的三个阶段，且破坏时间随着荷载的增大和温度的升高越来越短，同时我们还发现损伤值与等效蠕应变、竖向位移存在一定的关系，并且通过Origin8.0拟合出精度比较高的关系式，为沥青混合料蠕变损伤的深入研究提供一些参考。 |
| 作者： | 牛海涛 |
| 专业： | 工程力学 |
| 导师： | 刘俊卿 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 西安建筑科技大学 |
| 学位年度： | 2015 |
| 正文语种： | 中文 |
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