沥青胶砂三维粘弹本构数值模型试验研究

沥青混合料及沥青砂浆的黏弹性能试验沥青路面设计理论近二十年来迅速发展的主要标志，一是层状体系理论和计算方法的深入研究，并将其成果应用到路面设计中；二是对路面材料进行深入研究，进一步揭示了其物理力学性质，为沥青路面设计提供了强度标准和参数[i]。

一般情况下，沥青混合料属于典型的黏弹性材料，其力学参数受时间和温度的影响较大，而采用单条件模量参数—抗压回弹模量显然不能真实反映路面材料的力学性能。

为了使沥青路面的设计参数更加符合路面结构的实际工作状态，需对沥青混合料进行黏弹性能试验，确定其黏弹性参数，继而应用其进行沥青路面设计。

考虑到沥青路面工作在较宽的时间和温度范围内，因此必须采用多种试验方法才能将考察的区域完全包含。

沥青混合料的黏弹性能试验主要分为以时间为变量的蠕变试验和松弛试验，以及以频率为变量的动态模量试验。

由于松弛试验对仪器设备要求较高，因此一般通过蠕变试验求得蠕变柔量，再根据蠕变柔量与松弛模量的关系进行变换求得松弛模量。

为此，本文将对沥青混合料及沥青砂浆进行蠕变试验和动态模量试验，得到其不同工况下黏弹性参数变化规律。

1 沥青混合料及沥青砂浆试件1.1 试验材料试验采用辽河AH-90#沥青，粗集料和石屑采用辽宁本溪的石灰岩，砂子和矿粉产地为辽宁辽阳。

沥青混合料选择三种级配类型，密级配AC-13、AC-16和间断级配SAC-16，按照《公路沥青路面施工技术规范》(JTG F40-2004)推荐的级配范围进行设计，级配组成见表 3.1。

由于本文细观研究的需要，分别采用与AC-13、AC-16沥青混合料中细集料( 2.36mm)比例相同的集料与沥青组成沥青砂浆，集料级配见表3.2。

1.2 最佳沥青用量的确定(1)沥青混合料沥青用量是影响沥青混合料性能的重要因素。

沥青混合料最佳沥青用量的确定方法主要有马歇尔试验方法和Superpave设计方法，前者属于经验性方法，其与后者相比，方法简单且易于掌握，因此目前应用较为广泛。

沥青路面的三维本构模型研究摘要：在目前的工作中，沥青的变形行为可以借助所谓的流变单元进行建模。

一种特殊的单元（胡克、开尔文、牛顿单元）对应着每一种变形的贡献（弹性、粘弹性、粘塑性）。

非单调的损伤—愈合过程可以用现象学描述，同时可以考虑借助一种新开发的损伤—愈合单元。

流变单元依赖于游离的值，这些允许了变形增加的计算。

在小变形的假定下，变形增加的贡献是累加的。

这就产生了弹塑性材料模型。

这种材料模型存在于一维和三维结构中的一种微分形式而且可以转化为一种计算模型中的算法来实现。

关键词：沥青材料特性；本构模型；流变单元；损伤与愈合1.引言传统的路面尺寸标注方法主要是根据实践经验和长期观察，这些考虑了各种外部因素比如风化和交通荷载[1]。

这些外部因素的变化以及路面行为和磨损的效应是凭经验决定的。

然而经验推导出的公式不能够充分描述如下的影响：轴载的增加、轮胎气压的增加、轮胎和沥青面层的接触应力、交通负荷的增加、接触压力的增大（因为对路面损坏的程度会使轮胎接触面积的减少）。

数值模型实现了路面承载行为的实际描述[2,3]。

在实际工程应用中，借助数值模型可以系统地评价各种外部因素或结构参数的影响。

进一步优化的数值模型能够用来处理考虑中的特定问题。

为了分析道路路面的受力行为，选了一些三维模型，这些模型考虑了各种因素，比如遇到的急剧变化的应力（如在车辙形成的区域）、沥青的流变特性以及未结合材料的特性。

三维应力状态用三维有限单元来模拟，然而运用边界单元的数值模型促进了半无限空间体[4]。

为了描述沥青层的弹性、粘性以及第三阶段的变形特点，下文介绍了三维粘塑性材料模型。

2.沥青流变三维材料模型流变三维材料模型是分两个阶段发展起来的[5]。

第一阶段提出了一种一维，然而在第二阶段借助特殊的屈服理论和能量假说模型拓展到了三维形式。

2.1一维材料模型采用了流变模型的传统做法，起始点是弹性应变速率和粘弹性、粘塑形以及第三阶段的应变速率的叠加组合。

沥青混合料粘弹性本构模型与阻尼特性研究高速公路的迅速发展使得沥青混合料在路面中的应用得以推广。

沥青混合料具有显著的粘弹特性,而以往研究中将沥青混合料简化成线弹性材料,与实际情况相差很大。

就沥青混合料的粘弹特性、本构关系出发去发掘材料本身的一些其它性能,如本文中研究的阻尼,能将更加科学合理地利用材料的优良特性,更好地为路面材料作出支持和贡献。

首先,为了更好地将沥青混合料作为阻尼材料进行研究对阻尼材料的特征和力学模型进行了研究分析以作铺垫,然后对沥青混合料的本构模型做了简介以及提出了测定沥青混合料阻尼参数值的两种方法：悬臂梁振动法及动态蠕变试验法,并给出相应计算方法。

随后,文章采用沥青混合料动态蠕变试验,利用能量法对试验结果滞回曲线进行图解,并用阻尼参数损耗因子表征阻尼特性。

研究发现,沥青混合料的阻尼随温度或频率的升高均呈现先增后减的规律,在温度20～60℃范围下其损耗因子
值在区间(0.040,0.090)浮动,在1～10Hz的频率之间沥青混合料的阻尼效果较好。

此外本文测定了CA砂浆的阻尼以作对比,分析发现CA砂浆在0.2～1Hz频率段与沥青混合料阻尼变化趋势相似,损耗因子值的范围为(0.090,0.110),而在5～25Hz频率段其阻尼效果迅速减弱,损耗因子值接近0.040。

接着本文用动态模量试验对沥青混合料阻尼特性加以验证,表明了各影响因素下的规律一致性,且沥青混合料在40℃左右可达到最佳阻尼值。

最后,本文为使用沥青混合料整个路面结构的阻尼研究踏出了探索的第一步,为更长远路面结构阻尼的分析提供了研究思路及方法,以及有限元软件的技术支
持。

沥青混和料的粘弹性疲劳本构模型的研究的开题报告标题：沥青混和料的粘弹性疲劳本构模型的研究一、研究背景与意义随着交通运输的迅速发展，道路的建设和维护成为一个国家基础设施建设的重要分支。

作为道路的重要构成部分，沥青混合料的性能对道路的耐久性和使用寿命有着至关重要的影响。

而沥青混合料在不断地受到车辆荷载、气候环境等外界条件的作用下，难免会发生各种形式的疲劳损伤，这也就需要深入研究沥青混合料的疲劳性能及其本构关系。

在目前的学术研究中，沥青混合料的疲劳本构模型是一个重要的研究内容。

通过建立具有理论基础和实际应用价值的粘弹性疲劳本构模型，可以为沥青混合料的工程设计和材料选用提供更为科学的依据。

二、研究内容和方法1. 研究内容本研究的主要内容是：（1）沥青混合料疲劳本构模型的概述和分类，并结合国内外已有的相关研究成果，总结各种模型的适用范围及优缺点；（2）通过实验测试，获取不同种类的沥青混合料在不同温度和荷载条件下的疲劳试验数据，并进行分析和处理；（3）利用基于粘弹性理论的本构模型，建立沥青混合料的粘弹性疲劳本构模型，并采用数值计算方法对其进行验证和优化。

2. 研究方法本研究采用实验测试和理论计算相结合的方法，具体步骤如下：（1）实验测试：选择不同种类的沥青混合料，分别进行疲劳试验，并测量不同温度下的弹性模量、剪切模量、疲劳寿命等指标；（2）数据分析：对实验测试数据进行分析和处理，研究沥青混合料的疲劳特性和规律；（3）本构模型建立：基于粘弹性理论，建立沥青混合料的粘弹性疲劳本构模型，并通过结合实验测试数据对模型进行优化和验证；（4）数值计算：利用已建立的本构模型，开展数值计算实验，对实验数据和计算结果进行对比分析。

三、预期成果和意义通过本研究的实验测试和理论模型建立，可以获得以下预期成果：（1）根据粘弹性理论，建立沥青混合料的粘弹性疲劳本构模型，实现对其疲劳性能的预测和分析；（2）深入研究沥青混合料的疲劳性能及其本构关系，为道路工程设计和材料选用提供科学依据；（3）积累和整理沥青混合料疲劳试验数据，为相关领域的学术研究提供参考资料。

《Superpave沥青混合料动态黏弹性模型及约束试件温度应力试验研究》篇一一、引言随着道路工程的发展，Superpave沥青混合料因其优异的性能被广泛应用于道路建设。

然而，在复杂的路况与多变的气候条件下，沥青混合料的性能表现受多种因素影响，尤其是其动态黏弹性特性和温度应力。

为了更准确地掌握Superpave沥青混合料的性能，本文将对其动态黏弹性模型及约束试件温度应力进行试验研究。

二、Superpave沥青混合料动态黏弹性模型1. 动态黏弹性模型概述沥青混合料的动态黏弹性模型是描述其力学性能的重要工具。

该模型能反映沥青混合料在受外力作用时，其应力与应变之间的动态关系以及材料在反复荷载作用下的变形恢复能力。

2. 模型建立与验证通过采用先进的流变仪对Superpave沥青混合料进行动态剪切流变测试，可以获取其动态剪切模量、相位角等关键参数。

根据测试结果，建立动态黏弹性模型，并利用实际路面的受力情况对模型进行验证和优化。

三、约束试件温度应力试验研究1. 试验设备与原理采用先进的应力控制式或应变控制式的疲劳试验机，通过设置不同的温度和加载条件，模拟道路在不同环境下的应力变化。

约束试件的制作需保证其尺寸精确、形状规则，以便于准确测量温度应力。

2. 试验过程与结果分析在不同温度条件下，对Superpave沥青混合料试件进行加载和卸载操作，记录其应力-时间曲线和应变-时间曲线。

通过分析这些曲线，可以得出沥青混合料在不同温度下的应力响应和变形特性。

同时，结合动态黏弹性模型，进一步研究温度对沥青混合料性能的影响。

四、结果与讨论1. 动态黏弹性模型的应用通过建立的动态黏弹性模型，可以预测Superpave沥青混合料在不同温度和荷载条件下的力学性能，为道路设计和施工提供理论依据。

此外，该模型还可以用于评估沥青混合料的老化性能和耐久性。

2. 约束试件温度应力的影响试验结果表明，温度变化对Superpave沥青混合料的应力响应和变形特性有显著影响。

沥青粘弹性理论及实验数据分析翟文卿;栗振锋;任丽超;邢继星;庞瑾瑜【摘要】A kind of matrix asphalt is chosen to analyze the Superpave Asphalt temperature sensitivity by HR-3 experimental system,and the temperature sensitivity mainly in the low temperature range is studied using the software of origin analysis.The results show that the slope of rut factor 5℃ as the evaluation index in the low temperature range has obvious advantages,which could help increase the temperature sensitivity of asphalt.%选用一种基质沥青70#通过HR-3实验系统分析了Superpave沥青的温度敏感性,运用Origin软件进行详细分析,主要研究中低温区间的感温性.结果表明,在中低温区间采用沥青车辙因子5 ℃时的变化率作为评价指标具有明显优势,为提高沥青温度敏感性提供帮助.【期刊名称】《太原科技大学学报》【年(卷),期】2017(038)003【总页数】5页(P233-237)【关键词】Superpave;温度敏感性;评价指标【作者】翟文卿;栗振锋;任丽超;邢继星;庞瑾瑜【作者单位】太原科技大学交通与物流学院,太原 030024;太原科技大学交通与物流学院,太原 030024;太原科技大学交通与物流学院,太原 030024;山东高速轨道交通集团坪岚铁路管理处,山东日照 276800;山西省太原市交通科学研究院,太原030006【正文语种】中文【中图分类】U416.217经济的快速发展使得Superpave沥青路面越来越普及,其良好的耐久性和路面使用性能在我国道路建设中发挥重要的作用。

沥青混合料粘弹塑性本构模型的实验研究沥青混凝土路面是近年来高速公路广泛采用的一种结构形式,随着公路运输量日益增长和运输向重型方向发展,路面破坏日趋严重。

进行沥青混合料本构模型的研究,对掌握路面变形规律,预测路面结构永久变形大小,预防和抑制路面损害具有十分重要的意义。

文章针对沥青混合料单轴压缩、蠕变和恢复等力学特性,在实验基础上,结合理论和数值拟合分析,建立了沥青混合料不同形式的粘弹塑性本构模型,提出了模型参数确定方法,讨论了加载应力和环境温度对混合料力学行为的影响,并将模型预测结果与实验结果进行了比较,最后还初步分析了集料级配对沥青混合料力学行为的影响。

主要内容包括:(1)提出并建立了沥青砂微分型粘弹塑性本构模型。

依据沥青砂蠕变特性,将总变形分解为粘弹性、粘塑性二种分量,采用Burgers模型描述粘弹性变形,采用滑块与粘壶并联模型描述粘塑性变形,然后加以组合,提出了基于二变形分量的粘弹塑性本构模型;进一步细分,将总变形分解为粘弹性、粘塑性和弹塑性三种分量,分别采用不同子模型描述上述分量,然后组合这些子模型,提出了基于三变形分量的粘弹塑性本构模型。

基于较优模型,利用实验数据建立了参数与环境温度和加载应力的函数表达式,通过模型预测与实验结果的比较,证实模型可以较好地描述沥青砂三个蠕变阶段的变形特点。

(2)提出并建立了沥青砂、沥青混合料积分型粘弹塑性本构模型。

将总变形分解为粘弹性和粘塑性变形,分别采用Schapery非线性模型描述粘弹性变形,采用Uzan模型描述粘塑形变形,提出了改进的Schapery积分模型,建立了积分型的非线性粘弹塑性本构关系,提出了非线性参数的实验确定方法,分别采用蠕变回复实验确定粘弹性参数,采用多次循环蠕变回复实验确定粘塑性参数,并假定蠕变柔量为时间的指数函数,利用得到的模型预测了沥青砂和混合料在不同应力作用下的蠕变变形,通过与Schapery模型预测结果的对比发现,改进的Schapery 模型与实验结果的吻合程度更好。