基于CT扫描技术的沥青混凝土数值试验研究

作     者：刘科 

作者单位：西安理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：吴文平;方建银

授予年度：2023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：沥青混凝土 CT扫描技术 数值试验 

摘      要：近年来,随着抽水蓄能的快速发展,沥青混凝土因其良好的防渗变形能力被广泛应用。沥青混凝土是由集料、沥青基质、孔洞等组成的多相复合材料,其复杂的力学响应是由细观结构形态及分布的随机性引起。对沥青混凝土损伤机理的研究及相关性能的预测都需要以细观结构特征为基础。传统研究多数是将沥青混凝土视为均质体,忽略了各组分对沥青混凝土的影响,造成理论研究与实际状况的差异。本文基于CT扫描技术获取了沥青混凝土断面图像,并结合模糊集合理论、破损演化理论、模型重建算法等开展了考虑细观各组分结构的宏观性能预测及破坏机理研究。论文研究为建立接近沥青混凝土真实结构的数值模型提供了新方法,研究成果初步分析了细观结构对宏观性能的影响机理。首先,采用CT扫描技术获取了基于实际工程的沥青混凝土岩芯样断面图像,以图像处理软件及模型重建算法等提取了图像的CT数,根据CT数的不同将沥青混凝土划分为骨料、沥青基质(砂浆)、孔洞及界面。在ANSYS软件中建立了接近沥青混凝土真实结构的数值模型,较好的还原了骨料、沥青基质(砂浆)、孔洞等内部结构的实际细观形貌。其次,基于数值模型可识别的各组分内部结构进行本构模型的选取及参数的确定,确定骨料单元为线弹性本构模型,沥青基质单元及界面单元为弹塑性本构模型,孔洞单元无本构模型,不参与数值计算。将模型依据宏观力学试验条件进行约束及加载,模拟试样真实受力状况,完成数值试验求解计算。最后,基于模拟试验结果分析沥青混凝土数值模型破损演化机理。以位移控制加载可得:在荷载作用下,沥青混凝土试样中孔洞四周应力集中现象明显,裂纹往往在此处萌生,裂纹扩展过程中,主要沿着试样中强度较弱的界面进行。发生破坏时,界面单元微裂纹的发展趋势远大于沥青基质单元。界面单元最容易被破坏形成微裂纹,随后微裂纹扩展至沥青基质单元,模型发生塑性损伤破坏。