[博士]基于粘彈性損傷理論的瀝青路面車轍研究

內(nèi)容簡介

　　[博士]基于粘彈性損傷理論的瀝青路面車轍研究　　學科專業(yè):道路與鐵道工程　　授予學位：博士　　學位授予單位：東南大學　　學位年度：2008　　車轍是瀝青路面主要病害之一，嚴重影響路面行車安全和舒適性.而隨著高速公路的迅速發(fā)展，研究瀝青路面的車轍問題顯得尤為重要，但是由于其研究涉及大量非線性固體力學理論而成為路面工程研究的難點之一。本文應用粘彈性損傷理論，研究在重載和高溫條件下瀝青路面車轍的產(chǎn)生機理及發(fā)展規(guī)律，主要工作包括以下幾個方面:　　首先，在廣泛、全面收集國內(nèi)外相關(guān)研究文獻的基礎(chǔ)上，對現(xiàn)有的瀝青混合料永久變形的各種式樣方法的優(yōu)缺點進行總結(jié)和評述，優(yōu)選出單軸重復荷載永久變形試驗進行瀝青混合料永久變形的特性研究，進行了幾種瀝青混合料在不同溫度和應力水平下的單軸重復荷載永久變形試驗，分析了瀝青混合料的永久應變、永久應變率等變化規(guī)律，明確了流動數(shù)FN的物理意義，并深入研究了流動數(shù)FN與試驗溫度、應力水平的關(guān)系?！　? 其次，綜合運用粘彈性力學和損傷力學理論，同時引入應變硬化變量和損傷軟化變量，建立了基于應變硬化理論的瀝青混合料損傷蠕變模型，并將模型推廣到多軸應力條件;再采用半正矢波間歇荷載模擬實際路面輪載作用，推導了重復荷載作用下瀝青混合料永久變形的粘彈性損傷力學本構(gòu)關(guān)系;根據(jù)室內(nèi)重復荷載永久變形試驗結(jié)果，運用最小二乘法原理，得到了粘彈性損傷力學模型的相關(guān)參數(shù)，并對該模型進行了驗證和深入分析?！　? 再次，結(jié)合非線性有限元的實現(xiàn)及求解方法和材料子程序(UMAT)開發(fā)的基本原理，采用常剛度的隱式積分廣義中心法對本構(gòu)方程進行迭代求解，編制了能夠在ABAQUS有限元軟件中調(diào)用的粘彈損傷力學模型子程序，并進行相關(guān)驗證，為后續(xù)瀝青路面車轍模擬提供了基礎(chǔ)?！　? 最后，利用二次開發(fā)的材料子程序，以車轍有效溫度確定的路面結(jié)構(gòu)穩(wěn)態(tài)溫度場為基礎(chǔ)，進行瀝青路面車轍的有限元模擬和分析，并結(jié)合重載交通調(diào)查分析，進行重載瀝青路面車轍分析，并對基于車轍等效的軸載換算指數(shù)進行初步探討;針對選定的典型結(jié)構(gòu)形式，采用數(shù)值方法，分析了路面溫度隨時間和結(jié)構(gòu)深度的變化規(guī)律，在此基礎(chǔ)上進行連續(xù)變溫下瀝青路面的車轍模擬分析;以江蘇南京地區(qū)的多年統(tǒng)計平均氣象條件為環(huán)境因素，利用變溫車轍模擬計算方法，分析了不同溫度場、不同接地壓力下路面車轍的發(fā)展規(guī)律，并進行顯著性分析，確定了影響路面車轍的顯著因素，得到了考慮溫度和軸載的日車轍預估模型，提出了在高溫、重載條件下防止車轍迅速產(chǎn)生的預警方法及相應的防護措施?！　? 本文在瀝青路面車轍分析方面所作的試驗分析、本構(gòu)關(guān)系到數(shù)值模擬等一系列研究，將促進瀝青路面車轍的研究和發(fā)展，也為瀝青路面設(shè)計考慮車轍因素提供了相應的理論和方法。

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