[博士]基于粘彈性損傷理論的瀝青路面車轍研究

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　　[博士]基于粘彈性損傷理論的瀝青路面車轍研究　　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：東南大學(xué)　　學(xué)位年度：2008　　車轍是瀝青路面主要病害之一，嚴(yán)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(xué)理論而成為路面工程研究的難點(diǎn)之一。本文應(yīng)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(jī)理及發(fā)展規(guī)律，主要工作包括以下幾個(gè)方面:　　首先，在廣泛、全面收集國(guó)內(nèi)外相關(guān)研究文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上，對(duì)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(diǎn)進(jìn)行總結(jié)和評(píng)述，優(yōu)選出單軸重復(fù)荷載永久變形試驗(yàn)進(jìn)行瀝青混合料永久變形的特性研究，進(jìn)行了幾種瀝青混合料在不同溫度和應(yīng)力水平下的單軸重復(fù)荷載永久變形試驗(yàn)，分析了瀝青混合料的永久應(yīng)變、永久應(yīng)變率等變化規(guī)律，明確了流動(dòng)數(shù)FN的物理意義，并深入研究了流動(dòng)數(shù)FN與試驗(yàn)溫度、應(yīng)力水平的關(guān)系?！　? 其次，綜合運(yùn)用粘彈性力學(xué)和損傷力學(xué)理論，同時(shí)引入應(yīng)變硬化變量和損傷軟化變量，建立了基于應(yīng)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(yīng)力條件;再采用半正矢波間歇荷載模擬實(shí)際路面輪載作用，推導(dǎo)了重復(fù)荷載作用下瀝青混合料永久變形的粘彈性損傷力學(xué)本構(gòu)關(guān)系;根據(jù)室內(nèi)重復(fù)荷載永久變形試驗(yàn)結(jié)果，運(yùn)用最小二乘法原理，得到了粘彈性損傷力學(xué)模型的相關(guān)參數(shù)，并對(duì)該模型進(jìn)行了驗(yàn)證和深入分析?！　? 再次，結(jié)合非線性有限元的實(shí)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(duì)本構(gòu)方程進(jìn)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(xué)模型子程序，并進(jìn)行相關(guān)驗(yàn)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(chǎng)為基礎(chǔ)，進(jìn)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(jìn)行重載瀝青路面車轍分析，并對(duì)基于車轍等效的軸載換算指數(shù)進(jìn)行初步探討;針對(duì)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(shí)間和結(jié)構(gòu)深度的變化規(guī)律，在此基礎(chǔ)上進(jìn)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(jì)平均氣象條件為環(huán)境因素，利用變溫車轍模擬計(jì)算方法，分析了不同溫度場(chǎng)、不同接地壓力下路面車轍的發(fā)展規(guī)律，并進(jìn)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(yù)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(yù)警方法及相應(yīng)的防護(hù)措施?！　? 本文在瀝青路面車轍分析方面所作的試驗(yàn)分析、本構(gòu)關(guān)系到數(shù)值模擬等一系列研究，將促進(jìn)瀝青路面車轍的研究和發(fā)展，也為瀝青路面設(shè)計(jì)考慮車轍因素提供了相應(yīng)的理論和方法。

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