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【博士】SMA粗集料骨架結(jié)構(gòu)的細觀力學(xué)模型研究【2007】

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內(nèi)容簡介

  學(xué)科專業(yè):道路與鐵道工程  授予學(xué)位:博士  學(xué)位授予單位:西南交通大學(xué)  學(xué)位年度: 2007年  瀝青混合料由離散剛體和連續(xù)粘性膠結(jié)介質(zhì)組成,為典型的多相復(fù)合體材料。從宏觀角度看,瀝青混合料對外荷載的響應(yīng)呈非線性,為固體與粘彈塑性體的聯(lián)合響應(yīng),而且瀝青膠結(jié)體的粘彈塑性對溫度非常敏感,所以該復(fù)合材料的性質(zhì)十分復(fù)雜。從微觀角度看,瀝青混合料以粗細集料顆粒作為剛性固體、瀝青材料為膠結(jié)體,并且集料體積約占瀝青混合料總體積的90%?! 〖项w粒之間會產(chǎn)生嵌擠、摩擦作用。因此集料各組分的物理力學(xué)性質(zhì)、幾何形態(tài)、它們之間的相互作用及混合料各體積組成必然對瀝青混合料的力學(xué)性質(zhì)有很大影響?! r青混合料內(nèi)部的粗集料結(jié)構(gòu)既不是完全的有序也不是完全的隨機排列。鑒于此,本文提出了基于蒙特卡羅法的集料空間分布模型,即由蒙特卡羅法隨機產(chǎn)生集料粒子,考慮集料下落、滾動等堆積過程和穩(wěn)定性準則等,按相容條件進行集成。SMA粗集料骨架集成的應(yīng)用實踐表明,該模型能根據(jù)給定的級配曲線和邊界條件很好地集成混合料內(nèi)部集料的空間分布形態(tài),經(jīng)計算機成像處理能清晰看出混合料級配設(shè)計的實際效果,為可視化級配設(shè)計奠定了基礎(chǔ)?! ♂槍项w粒間摩擦、接觸和嵌擠等復(fù)雜的相互作用機制,提出以集料空間分布模型確定單元的劃分,進而采用離散元模擬的數(shù)值計算方法,建立了適用于離散集料微觀模擬的細觀力學(xué)離散單元模型,并在vC++平臺上開發(fā)了相應(yīng)的計算分析程序。經(jīng)以單一粒徑球體以及兩種粒徑球體組成的結(jié)構(gòu)框架情況進行數(shù)值實驗驗證,證實所開發(fā)的程序能很好地模擬集料顆粒體在重力場內(nèi)的堆積重構(gòu)。基于傳統(tǒng)窗口法的鄰近元搜索算法難以適應(yīng)瀝青混合料集料粒徑分布范圍寬、單元位移大的特點,據(jù)此,本文在對窗口合理大小的選取進行了改進的基礎(chǔ)上,提出適宜的鄰近元二次搜索算法。該接觸搜索算法極大地提高了計算效率,使離散單元法與隨機堆積模擬的耦合計算方法能在SMA粗集料重力場內(nèi)的堆積重構(gòu)得以實際應(yīng)用?! ”疚臄?shù)值模型的另一特色是針對振動堆積實驗過程中復(fù)雜的振動特性,引入膨脹機制模擬物理實驗中的振動作用。振動模擬驅(qū)使顆粒體進一步發(fā)生重排、空隙進一步被充填、結(jié)構(gòu)更為致密。經(jīng)檢驗,該模型能很好地再現(xiàn)振動堆積物理實驗?! 樯钊胙芯縎MA粗集料骨架結(jié)構(gòu),開展了單一分組粒徑和SMAl6上限、中值及下限三種級配的粗集料干插搗堆積密度和空隙率實驗,結(jié)果發(fā)現(xiàn):單一分組粒徑集料骨架間隙率VCAoRc相差不大;SMAl6三種典型級配的粗集料骨架間隙率vcADRc也比較接近;由于多組集料之間的相互充填,三種級配粗集料骨架間隙率較單一分組粒徑集料的骨架間隙率小。  在實驗研究的基礎(chǔ)上,利用本文的計算分析程序從微觀層面開展單一分組粒徑和SMAl6三種級配的粗集料骨架結(jié)構(gòu)的數(shù)值實驗。從粗集料骨架間隙率VCADRc這一宏觀靜態(tài)指標的分析結(jié)果看,數(shù)值模擬與上述室內(nèi)實驗結(jié)果相吻合。同時,本文還統(tǒng)計分析了目前物理實驗很難測得的微觀結(jié)構(gòu)參數(shù)——配位數(shù),發(fā)現(xiàn):(1)各分組粗集料骨架結(jié)構(gòu)內(nèi)部集料的配位數(shù)分布相差不大,由于單一分組粒徑集料之間相互充填,與等粒徑粗集料骨架結(jié)構(gòu)相比,配位數(shù)分布向增大方向移動,其平均配位數(shù)相對較大;(2)相對于單一分組粒徑集料骨架結(jié)構(gòu)而言,SMA粗集料骨架內(nèi)部集料的配位數(shù)分布范圍相當(dāng)寬,最大值可達23; (3)SMA混合料骨架內(nèi)部集料配位數(shù)等于3的比例較高,說明由于大粒徑集料顆粒的屏蔽,混合料內(nèi)部較多的小集料顆粒僅起填充作用,不直接支撐其他集料顆粒,這也是SMA內(nèi)部應(yīng)力傳遞形式極為復(fù)雜的重要原因,從而在理論上證實:SMA試件其力學(xué)性能指標的測試,應(yīng)考慮骨架結(jié)構(gòu)的不均勻性,采用與集料組成相適應(yīng)的試件尺寸?! ?

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發(fā)布:2007-11-24 12:33    編輯:泛普軟件 · xiaona    [打印此頁]    [關(guān)閉]
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