基于离散元法的再生沥青混合料疲劳特性研究

作     者：陈戈雨 

作者单位：重庆交通大学 

学位级别：硕士

导师姓名：郭鹏

授予年度：2022年

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）] 

主      题：再生沥青混合料 RAP 离散元法 细观力学 疲劳寿命 

摘      要：为有效解决再生沥青混合料中RAP的回收利用效率不高,新旧沥青混融不佳导致再生沥青混合料疲劳寿命降低等问题,本文依托国家自然科学基金项目（51708072）开展了相关的研究,探究如何提高其再生率和疲劳寿命。从细观层面入手,采用离散元PFC程序对再生沥青混合料进行了接触模型的选用,仿真模型的构建等研究。通过小梁弯曲疲劳仿真试验和室内试验进行结果对比,验证模型的精确度和可行性。同时从细微观尺度分析再生混合料的疲劳特性,探究其疲劳破坏机理,使模型具有可靠的实际应用前景。首先,在离散元PFC程序中利用clump颗粒模拟虚拟集料,并构建振动筛分模型进行筛分模拟试验,验证了虚拟集料的合理性;其次提出了一种生成RAP数字模型的方法,在ABAQUS中利用python二次开发随机生成骨料模板文件,通过多次格式的转换导入PFC建立模板,利用cluster柔性簇表征RAP,使其具有相应的可破碎的力学性质,贴近实际RAP颗粒的物理性质。然后,采用AC-13的级配,提出一种RAP置换普通集料的设计方法,根据室内试验设计再生沥青混合料的级配。在此基础之上于PFC中生成虚拟试件,通过反复地模拟试验,对再生沥青混合虚拟试件中各单元间的接触模型的选用进行研究,最终确定各单元间详细的接触模型。由于宏观试验中沥青混合料属于黏弹性材料,在PFC中选用Burgers模型来表征,采用理论计算和模拟试验来验证各参数的准确性,结果表明,其理论推导值和模拟计算值具有较好的拟合性。最后,进行了低温小梁弯曲的宏观实验和模拟实验研究再生沥青混合料的疲劳特性,将仿真模拟试验结果与室内宏观试验进行对比,验证采用PFC离散元构建的再生沥青混合料数字模型具有合理性和可实践性。对其进行模拟低温小梁四点弯曲试验,观察试件的疲劳破环过程和试件内部的裂纹发育状况。另外,空隙率的大小会直接影响再生沥青混合料的疲劳寿命,空隙率从另一个方面也可解释为试件内部未直接接触的点的占比,考虑空隙率的影响因素可在一定程度上使模拟的结果更为贴近实际的情况。