【技术实现步骤摘要】
一种控制应变加载模式下的沥青混合料仿真疲劳试验方法
本专利技术涉及一种疲劳试验方法,具体为一种控制应变加载模式下的沥青混合料仿真疲劳试验方法。
技术介绍
疲劳裂缝是沥青路面的主要病害形式之一,沥青混合料作为沥青路面的主要组成部分,其疲劳性能对沥青路面中疲劳裂缝的产生与发展具有重要影响。对于沥青混合料疲劳性能的研究,主要从两个方面进行:一是室外大型环道试验,这种试验方法具有实验结果准确,可直接应用等优点,但是试验时间成本与资金成本高,目前只有少数国家采用此方法;二是室内小型疲劳试验,这种试验方法试验周期相对较短,资金投入相对较低,但是实验结果离散性大,我国《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(JTGE20-2011)规定,四点弯曲疲劳试验需进行3次以上的平行试验,以便对平行试验结果进行统计分析,并剔除提出异常结果。同时还规定若要获得一条完整的疲劳曲线应选择3个或3个以上的实验水平,且疲劳寿命次数宜涵盖几千次值几百万次的范围。这样就导致沥青混合料的四点弯曲疲劳试验的时间成本与资金成本大大提高。通过大量沥青混合料疲劳试验可以发现,疲劳裂缝往往产生在沥青砂浆结构中,而粗集料在整个疲劳过程中发生破坏的概率很小。因此,在沥青砂浆的疲劳性能研究的基础上对沥青混合料的疲劳性能进行研究,成为研究沥青混合料的疲劳破坏规律的一种新方法。
技术实现思路
专利技术目的:本专利技术提出了一种控制应变加载模式下的沥青混合料仿真疲劳试验方法,通过该方法可以实现控制应变加载模式下沥青混合料四点弯曲疲劳试验仿真模拟,解决了沥青混合料四点弯曲疲劳试验离散性大,试验时间成本与资金成本高的问题,而且仿 ...
【技术保护点】
一种控制应变加载模式下的沥青混合料仿真疲劳试验方法,包括以下步骤:步骤1):获取沥青砂浆在与沥青混合料相同疲劳试验条件下的疲劳失效条件,具体步骤如下:Ⅰ、根据去除沥青混合料中粗集料后剩余细集料、矿粉与沥青质量之比例不变的原则,确定沥青砂浆的级配与油石比,制作沥青砂浆试件,并进行控制应变加载模式下的疲劳试验,实验条件与沥青混合料疲劳试验条件保持一致;根据沥青砂浆在与沥青混合料相同试验条件下的疲劳试验结果,获取相关力学参数以及各参数随疲劳加载次数的变化规律;Ⅱ、沥青砂浆力学本构模型与疲劳演化方程构建:设定沥青砂浆只有在受到拉应力时才会发生疲劳破坏,此时受到拉应力大小为σ,初始弯曲劲度模量为E,实时弯曲劲度模量为
【技术特征摘要】
1.一种控制应变加载模式下的沥青混合料仿真疲劳试验方法,包括以下步骤:步骤1):获取沥青砂浆在与沥青混合料相同疲劳试验条件下的疲劳失效条件,具体步骤如下:Ⅰ、根据去除沥青混合料中粗集料后剩余细集料、矿粉与沥青质量之比例不变的原则,确定沥青砂浆的级配与油石比,制作沥青砂浆试件,并进行控制应变加载模式下的疲劳试验,实验条件与沥青混合料疲劳试验条件保持一致;根据沥青砂浆在与沥青混合料相同试验条件下的疲劳试验结果,获取相关力学参数以及各参数随疲劳加载次数的变化规律;Ⅱ、沥青砂浆力学本构模型与疲劳演化方程构建:设定沥青砂浆只有在受到拉应力时才会发生疲劳破坏,此时受到拉应力大小为σ,初始弯曲劲度模量为E,实时弯曲劲度模量为产生拉应变大小为ε,损伤大小为D,疲劳加载次数为N,根据损伤力学原理构建沥青砂浆含损伤本构模型如式(1):σ=(1-D)Eε(1)构建控制应变加载模式下的沥青砂浆损伤演化方程如式(2):此时,沥青砂浆内损伤的计算方法为式(3):式(2)中a、p为模型参数,需要通过拟合得到。结合式(1)、(2)可得当加载次数为N时,沥青砂浆试件底面损伤大小如式(4):Ⅲ、模型参数获取:根据步骤Ⅰ中得到的沥青砂浆弯曲劲度随疲劳加载次数变化规律,通过式(3)计算得到损伤随疲劳加载次数变化规律,将此规律与式(4)进行拟合,得到式(2)与式(4)中参数a,p,并通过损伤大小与疲劳加载次数的变化规律判定沥青砂浆试件的疲劳失效条件;步骤2):生成沥青混合料仿真试件,并按照与沥青砂浆疲劳试验相同的试验条件进行疲劳试验,具体步骤如下:Ⅰ、计算沥青混合料级配与空隙率:根据疲劳试验研究对象级配与空隙率要求,计算沥青混合料仿真试件中各档粗集料质量之比例,据此计算各档粗集料颗粒数量之比例以及空隙占试件总体积之比例;Ⅱ、生成沥青混合料仿真试件:以实际疲劳试验试件尺寸规格为基础,设定初始沥青混合料试件尺寸,首先将沥青砂浆填充在此空间中,然后根据上述步骤Ⅰ中计算得到的粗集料颗粒、空隙应占试件空间之比例计算得到该空间中各档粗集料颗粒数量以及空隙数量,将集料颗粒-空隙体系按照随机分布、互不重叠的原则继续填充到该空间中,将与之重叠的沥青砂浆部分剔除,生成沥青混合料初始试件,设定为A;对试件A进行切割得到符合试验尺寸要求的沥青混合料仿真试件,设定为B;Ⅲ、按照实际疲劳试验中沥青混合料试件的受力状态,建立加载夹具与固定夹具,并与生成的沥青混合料仿真试件合并构建沥青混合料疲劳仿真试验系统;Ⅳ、仿真疲劳试验控制应变加载模式实现:通过控制加载夹具垂直方向的位移,实现对沥青混合料仿真试件施加应变荷载;V、疲劳表征变量输出:在每个加载周期末,将步骤1)中计算得到的a、p的值输入仿真试验系统用于计算疲劳表征变量大小并利用SDV变量实现输出;Ⅵ、表征变量与沥青砂浆试件疲劳失效条件对比:若表征变量满足在步骤1)中的沥青砂浆疲劳试验中获得的疲劳失效条件则仿真疲劳试验结束;若不满足则继续进行疲劳加载。2.根据权利要求1所述的一种控制应变加载模式下的沥青混合料仿真疲劳试验方法,其特征在于:所述步骤2)的Ⅰ步骤中计算各档粗集料颗粒数量之比例具体方法如下:设定各档粗集料在筛孔尺寸为C1、C2、C3…Cn时通过率分别为P1、P2、P3…Pn,可根据式(5)计算得到各档粗集料筛余百分比S1、S2、S3…Sn,
【专利技术属性】
技术研发人员:马涛,崔凯,丁珣昊,赵永利,黄晓明,
申请(专利权)人:东南大学,
类型:发明
国别省市:江苏,32
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