沥青混合料稳态行为的研究及应用

论文摘要

车辙是一种高温状态下常见的沥青路面破坏形式,沥青混合料作为沥青路面铺面材料,提高其抗车辙性能是防治沥青路面车辙破坏最有效的手段之一。本文的研究对象是沥青混合料,主要工作包括:1.首先介绍纯沥青、沥青砂、沥青混合料单轴压缩和蠕变试验。试验中发现使用的万能材料试验机存在着一个机械间隙,本文介绍一种可有效的消除机械间隙带来的误差的方法。2.针对单轴压缩和蠕变试验的结果,分析沥青砂变形特点。依据压缩试验分析了抗压强度与试样中集料的含量以及集料粒径大小、温度、加载速率的关系。针对蠕变试验结果,分析了几种常见的粘弹性模型,结果表明Burgers模型以及改进的Burgers模型能很好的描述蠕变试验曲线。3.将沥青混合料考虑为颗粒增强复合材料体系结构,基于细观力学模型,分两步:第一步以“沥青+细集料=沥青砂”,第二步以“沥青砂+粗骨料=沥青混合料”来分析不同集料含量的沥青混合料的初始模量以及稳态本构模型,在这个分析过程中始终考虑了温度和应变率的影响,最后运用Hashin复合材料模型预测了不同集料含量下稳态本构模型中的劲度因子S,理论预测结果与试验结果吻合。4.结合有限元软件Abaqus,介绍了粘弹性本构模型的Prony级数的方法,粘弹塑性的D-P本构模型方法以及用户材料子程序方法（UMAT）。最后将沥青混合料车辙变形考虑为基于Burgers模型下的回复变形,根据沥青混合料车辙试验,反演得到车辙试样的Burgers模型中粘壶参数。采用有限元法模拟沥青混合料车辙试验,考虑静载荷和简化动载荷,研究表明加载时间为T总/4到T总/3时的有限元法模拟的车辙变形结果同车辙试验结果较为吻合。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 课题研究来源及意义
• 1.2 国内外有关研究概况
• 1.3 课题研究内容与方法
• 2 试验介绍
• 2.1 试验介绍
• 2.2 试验机械间隙的处理
• 2.3 本章小结
• 3 沥青砂变形特征分析
• 3.1 沥青砂抗压强度影响因素的分析
• 3.2 沥青砂流变模型的选择及数值模拟
• 3.3 本章小结
• 4 沥青混合料细观力学模型分析
• 4.1 沥青混合料初始模量的理论与试验研究
• 4.2 沥青混合料稳态本构行为的理论与试验研究
• 4.3 本章小结
• 5 沥青混合料粘弹性本构有限元计算
• 5.1 粘弹性PRONY 级数模型
• 5.2 粘弹塑性D－P 模型
• 5.3 UMAT 方法
• 5.4 本章小结
• 6 沥青混合料车辙变形分析
• 6.1 沥青混合料车辙试验介绍
• 6.2 沥青混合料车辙模型的粘弹性参数反演
• 6.3 沥青混合料车辙模型有限元分析
• 6.4 本章小结
• 7 总结与展望
• 7.1 全文总结
• 7.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录 1 三参量固体模型的UMAT 推导
• 附录 2 作者攻读学位期间发表学术论文目录