[博士]基于粘弹性损伤理论的沥青路面车辙研究

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内容简介

　　[博士]基于粘弹性损伤理论的沥青路面车辙研究　　学科专业:道路与铁道工程　　授予学位：博士 　　学位授予单位：东南大学　　学位年度：2008　　 车辙是沥青路面主要病害之一，严重影响路面行车安全和舒适性.而随着高速公路的迅速发展，研究沥青路面的车辙问题显得尤为重要，但是由于其研究涉及大量非线性固体力学理论而成为路面工程研究的难点之一。本文应用粘弹性损伤理论，研究在重载和高温条件下沥青路面车辙的产生机理及发展规律，主要工作包括以下几个方面:　　 首先，在广泛、全面收集国内外相关研究文献的基础上，对现有的沥青混合料永久变形的各种式样方法的优缺点进行总结和评述，优选出单轴重复荷载永久变形试验进行沥青混合料永久变形的特性研究，进行了几种沥青混合料在不同温度和应力水平下的单轴重复荷载永久变形试验，分析了沥青混合料的永久应变、永久应变率等变化规律，明确了流动数FN的物理意义，并深入研究了流动数FN与试验温度、应力水平的关系。　　 其次，综合运用粘弹性力学和损伤力学理论，同时引入应变硬化变量和损伤软化变量，建立了基于应变硬化理论的沥青混合料损伤蠕变模型，并将模型推广到多轴应力条件;再采用半正矢波间歇荷载模拟实际路面轮载作用，推导了重复荷载作用下沥青混合料永久变形的粘弹性损伤力学本构关系;根据室内重复荷载永久变形试验结果，运用最小二乘法原理，得到了粘弹性损伤力学模型的相关参数，并对该模型进行了验证和深入分析。　　 再次，结合非线性有限元的实现及求解方法和材料子程序(UMAT)开发的基本原理，采用常刚度的隐式积分广义中心法对本构方程进行迭代求解，编制了能够在ABAQUS有限元软件中调用的粘弹损伤力学模型子程序，并进行相关验证，为后续沥青路面车辙模拟提供了基础。　　 最后，利用二次开发的材料子程序，以车辙有效温度确定的路面结构稳态温度场为基础，进行沥青路面车辙的有限元模拟和分析，并结合重载交通调查分析，进行重载沥青路面车辙分析，并对基于车辙等效的轴载换算指数进行初步探讨;针对选定的典型结构形式，采用数值方法，分析了路面温度随时间和结构深度的变化规律，在此基础上进行连续变温下沥青路面的车辙模拟分析;以江苏南京地区的多年统计平均气象条件为环境因素，利用变温车辙模拟计算方法，分析了不同温度场、不同接地压力下路面车辙的发展规律，并进行显著性分析，确定了影响路面车辙的显著因素，得到了考虑温度和轴载的日车辙预估模型，提出了在高温、重载条件下防止车辙迅速产生的预警方法及相应的防护措施。　　 本文在沥青路面车辙分析方面所作的试验分析、本构关系到数值模拟等一系列研究，将促进沥青路面车辙的研究和发展，也为沥青路面设计考虑车辙因素提供了相应的理论和方法。

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