基于內聚力模型的瀝青混合料疲勞仿真研究.pdf

瀝青混凝土路面作為我國高等級路面的主體路面形式，已經得到了越來越廣泛的應用。與此同時，瀝青路面的病害也引起了人們越來越多的重視，其中，瀝青路面的疲勞破壞無疑是最為重要的一種。因此，研究瀝青混合料的疲勞特性、預測瀝青混合料的疲勞壽命具有非常重要的意義?！　∨c研究疲勞問題的傳統方法相比，內聚力模型(CZM)可以有效模擬裂紋生成與擴展的全過程，且基本消除了裂紋尖端的應力奇異性，因此，CZM在處理疲勞裂縫問題具有明顯的優越性。本文旨在從數值仿真的角度來模擬瀝青混合料的疲勞特性并對其疲勞壽命進行合理的預測，為達到這一目的，本文提出了基于CZM的疲勞損傷理論模型，編制了模型的用戶材料子程序（UMAT），并使用損傷外插技術和局部耦合分析方法來模擬兩種室內疲勞試驗，最終成功預測了瀝青混合料的疲勞壽命且對疲勞過程進行了深入地分析?！　”疚氖紫然趦染哿δＰ?，提出了適用于瀝青混合料的疲勞損傷理論模型，定義了疲勞加載過程中材料的損傷及本構關系，并使用局部耦合的方法來分析瀝青混合料的疲勞問題。在此基礎上，本文以ABAQUS大型有限元軟件為平臺，通過編制用戶材料子程序(UMAT)成功實現了理論模型在有限元中的應用，解決了程序的收斂性和穩定性問題?！　≡趯ζ趩栴}進行模擬時往往需要耗費大量的計算時間，使得仿真的效率降低，實用性不高。因此，在對實際問題進行模擬之前，本文研究了一種基于參數放大方法的損傷外插技術，以加速對疲勞過程的模擬，且證明了該技術的有效性?！　≡诤侠磉x擇參數的基礎上，本文對兩種常用室內疲勞試驗建立了有限元模型并進行了疲勞仿真：劈裂疲勞試驗和小梁彎曲疲勞試驗。由于前者一般采取控制應力模式，因此只對其在控制應力模式下的疲勞過程進行了模擬，對小梁疲勞試驗則進行了兩種控制模式下的疲勞模擬?！　⊥ㄟ^將模擬結果與試驗結果相對照，證實了本文提出的仿真方法可以很好地預測兩種室內疲勞試驗的壽命。另外，通過對模型計算結果中的應力、疲勞損傷等參數的分析，得到了對兩種試驗疲勞破壞過程的描述以及疲勞損傷的演化規律等結論，這些分析結論與實際觀測得到的結果相一致。最后，對模型中一些重要參數（損傷參數、瀝青混合料模量等）進行了敏感性分析，就參數變化對疲勞壽命的影響給予了深入的討論，并且分析了參數對疲勞壽命及疲勞損傷造成相應影響的原因。