瀝青路面多尺度力學分析方法及模型研究.pdf

1、瀝青路面結(jié)構(gòu)的破損行為是道路工程領(lǐng)域最為重要和熱點的問題，為能夠合理、準確地分析瀝青混凝土路面結(jié)構(gòu)的破壞行為，需要借助力學理論方法對路面結(jié)構(gòu)進行動力學行為分析，并利用完善的多尺度破壞理論來判斷瀝青材料破壞行為的始末。本論文圍繞上述問題開展了路面結(jié)構(gòu)動力學系統(tǒng)力學參數(shù)理論分析和確定、瀝青混凝土路面結(jié)構(gòu)動力響應(yīng)的研究和瀝青混凝土材料多尺度破壞行為的研究。研究的主要內(nèi)容如下：
　　利用復(fù)合材料細觀力學理論推導(dǎo)了瀝青混凝土動態(tài)模量的解析方

2、法，比較了自洽方法與廣義自洽方法在求解瀝青混凝土材料動態(tài)模量時的優(yōu)缺點，發(fā)現(xiàn)廣義自洽方法更適于計算瀝青混凝土動態(tài)模量。提出并推導(dǎo)得到了一種考慮瀝青混合料級配特性的動態(tài)模量求解方法，并與試驗對比驗證了此模型的精度，發(fā)現(xiàn)其在趨勢上與試驗結(jié)果很接近，但是在數(shù)值結(jié)果上存在較大誤差。進而提出一種修正的能夠考慮級配特性的Hashion模型來計算瀝青混凝土的動態(tài)模量，發(fā)現(xiàn)這一方法具有較好的預(yù)測精度?；谏鲜龇椒▽r青混凝土中的空隙采用裂紋廣義自洽方法

3、進行模擬，計算結(jié)果整體上略大于試驗值。但是上述兩種方法為解析求解瀝青混凝土動態(tài)模量提供了近似的上下限。
　　基于MATLAB軟件平臺，結(jié)合ABAQUS、ANSYS、PYTHON和FORTRAN建立了瀝青混凝土幾何建模-有限元網(wǎng)格劃分-動態(tài)模量求解-后處理分析統(tǒng)計等一體化程序。利用這一程序研究不同骨料空間組成的瀝青混凝土材料動態(tài)模量數(shù)值，發(fā)現(xiàn)計算的結(jié)果涵蓋的區(qū)間與試驗結(jié)果接近，從而證明了瀝青混凝土動態(tài)模量為一個統(tǒng)計參量，其具有均值和

4、方差特征。建立了不同尺寸下瀝青混凝土動態(tài)模量求解的有限元模型，并通過近50000次的計算得到了瀝青混凝土動態(tài)模量均值與方差變化特征與瀝青混凝土動態(tài)模量試件尺寸之間的關(guān)系，并基于上述分析建立了瀝青混凝土動態(tài)模量統(tǒng)計學模型。
　　利用有限元方法建立不同種類（全鋼性和半鋼性）與不同花紋類型的輪胎三維有限元模型，并分析了輪胎接地壓力的分布情況，為了解與輪胎直接作用部分的路面結(jié)構(gòu)力學行為提供了借鑒。此外在分析中發(fā)現(xiàn)全鋼性子午線輪胎模型的接地

5、壓力在載荷等級達到一定程度后會隨著載荷等級的增加而只增加縱向接觸長度。
　　給出了一種路面平整度隨機生成和建模的程序，利用其實現(xiàn)路面在含平整度激勵的剛性路面上輪胎滾動過程模擬，計算得到了輪胎中心位置的豎向位移時程變化曲線?；陲@式與隱式交互插值技術(shù)完成了輪胎-路面耦合動力學模型，并用此模型分析和計算了路面結(jié)構(gòu)的動力學響應(yīng)。此外為節(jié)省計算成本，本文還開發(fā)了一種路面結(jié)構(gòu)過渡網(wǎng)格基元來完成路面的三維有限元建模。基于Hertz接觸理論建立

6、了車輛-輪胎-路面耦合分析動力學模型并用試驗進行驗證，取得了非常理想的結(jié)果。利用子模型計算完成了路面多尺度動力響應(yīng)分析，并對瀝青混凝土材料為瀝青膠漿和石料兩相材料時的情況進行了多極化分析。
　　基于面積加權(quán)非局部化理論和塑性損傷耦合理論建立了能夠描述非局部化變形帶的本構(gòu)模型。該模型避免網(wǎng)格敏感?；诟唠A梯度理論模擬了瀝青混凝土材料可能存在的尺寸效應(yīng)，并初步解釋了瀝青內(nèi)部夾雜石料情況下可能出現(xiàn)的尺寸硬化現(xiàn)象?；跀U展有限元方法分析了