沥青混合料弯曲疲劳损伤强度的多尺度研究

作     者：李友云 王斌 高英力 吕琰 LI Youyun;WANG Bin;GAO Yingli;LYU Yan

作者机构：长沙理工大学交通运输工程学院湖南长沙410114 江苏中设集团股份有限公司江苏无锡214000 

出 版 物：《河南理工大学学报（自然科学版）》 (Journal of Henan Polytechnic University（Natural Science）)

年 卷 期：2024年第43卷第3期

页      面：181-191页

学科分类：08[工学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 

基　　金：国家自然科学基金资助项目(51978080) 

主　　题：沥青混合料 半圆弯曲试验 细观结构 疲劳性能 刚度参数 多尺度预测 

摘      要：目的为了验证多尺度数值试验模拟方法在预测沥青混合料半圆弯曲试验疲劳损伤过程中弯拉强度参数变化规律的有效性问题。方法基于多尺度算法思想和半圆弯曲试验,通过对沥青混合料试件进行细观结构分析,得到内部集料颗粒的几何特征分布规律;在此基础上,对沥青混合料划分5个微观区域尺度,并构建相应尺度下半圆弯曲试件的有限元(FEM)数值模型,结合多尺度迭代运算来预测各级沥青混合料计算在0%Nf,20%Nf,50%Nf,65%Nf,80%Nf(Nf为疲劳寿命)不同半圆弯拉疲劳损伤程度下的弯拉强度。将室内半圆弯曲试验获得不同粒径的沥青混合料的弯拉强度参数作为宏观验证试验,与通过多尺度算法数值模拟试验所得的弯拉强度进行对比分析研究。结果结果表明:在沥青混合料的疲劳损伤过程中,前期材料的抗弯拉强度衰减速率较为缓慢,当在中后期时,抗弯拉强度进入了急剧衰减阶段,多尺度数值模拟试验与室内试验得到的衰减规律相吻合,且弯拉强度相对误差的绝对值控制在8%以内。结论多尺度数值模拟用于预测疲劳过程中沥青混合料的抗弯拉强度参数是有效的,该算法可以为类似的实际工程提供一定的参考意义。