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沥青混合料车辙变形的试验与数值分析

作　者: 邵瑾
导　师: 陈传尧
学　校: 华中科技大学
专　业: 固体力学
关键词: 沥青混合料车辙粘弹性动荷载动稳定度能耗
分类号: U414
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

沥青路面的车辙变形是路面使用过程中最主要的破坏类型之一。车辙直接影响了路面的平整度和使用的安全性。本文参考国内外车辙研究方法,运用ABAQUS有限元软件对沥青路面车辙变形进行数值模拟。首先,本文以三单元Van Der Poel本构模型为例编写了适用于ABAQUS有限元软件的UMAT子程序,实现了用户自定义材料力学性质的方法。通过对蠕变试验的研究,运用非线性最小二乘法原理对蠕变试验数据进行处理,确定了三单元Van Der Poel本构模型和四参数的Burgers粘弹性本构模型中的材料参数。基于Burgers本构模型计算出不同类型试样的车辙深度与动稳定度。数值计算和试验结果均表明:动稳定度越大,沥青混合料抗车辙能力越强。其次,本文在相同加载方式下,模拟出基于Burgers本构模型的车辙曲线和基于三单元Van Der Poel本构模型的车辙曲线;模拟出基于同种本构模型重复荷载作用下和等效静载作用下的车辙曲线。研究表明:同种加载方式下,基于Burgers本构模型的模拟出的车辙曲线更符合车辙试验曲线;基于同种本构模型,重复荷载比等效静载荷更符合实际情况。再次,本文还在有限元模型中调整荷载间歇时间,研究车辙试验中荷载间歇时间对车辙深度的影响。研究结果表明:基于Burgers本构模型和重复加载总时间不变的条件下,车辙深度随着单次荷载间歇时间的延长而不断减小。因此,对于具有粘弹性性质的沥青混合料而言,载荷间歇时间保证了粘弹性变形的回复时间,对于减小车辙是有利的。最后,引入能耗的概念来分析沥青混合料的车辙问题。基于Burgers本构模型的沥青混合料的单位弹性势能和单位能耗与本构参数、载荷大小和荷载作用频率有关。研究结果表明:在相同的车辙试验条件下,沥青混合料的单位能耗越小,其抗车辙的能力越强;单位弹性势能与单位能耗之比越大,其抗车辙的能力越强。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-9
1 绪论  9-16
  1.1 课题背景及研究意义  9
  1.2 车辙的分类及产生机理  9-11
  1.3 国内外沥青路面车辙预估方法  11-14
  1.4 本文主要研究内容  14-16
2 试验方案与数据分析方法  16-33
  2.1 沥青混合料蠕变试验研究  16-22
  2.2 沥青混合料车辙试验研究  22-27
  2.3 车辙试验结果  27-29
  2.4 车辙试验结果计算及分析  29-33
3 沥青混合料路面车辙计算模型  33-41
  3.1 ABAQUS 有限元介绍  33-34
  3.2 沥青混合料车辙有限元建模  34-40
  3.3 本章小结  40-41
4 沥青混合料路面车辙变形分析  41-61
  4.1 基于三单元Van Der Poel 本构模型的有限元分析及比较  41-45
  4.2 基于Burgers 本构模型的有限元计算结果与试验数据的比较  45-48
  4.3 本构模型和加载方式的影响  48-51
  4.4 荷载间歇时间与车辙深度的关系  51-53
  4.5 数值计算的动稳定度与车辙深度的关系  53-54
  4.6 能耗与车辙深度的关系  54-59
  4.7 本章小结  59-61
5 总结与展望  61-63
  5.1 主要结论  61-62
  5.2 尚需进一步研究的问题  62-63
致谢  63-64
参考文献  64-68
附录1 三单元Van Der Poel 本构模型的UMAT 推导  68-73
附录2 攻读硕士研究生期间参与课题与发表论文  73

沥青混合料车辙变形的试验与数值分析

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