瀝青混合料非連續(xù)力學計算模型的研究.pdf

1、近年來，車轍、水損壞和開裂為代表的早期損壞現(xiàn)象由于嚴重影響到瀝青路面的使用性能而備受關注。研究表明，這些早期損壞總是在局部區(qū)域首先發(fā)生，然后擴展到其他區(qū)域的。為了減少和避免早期損害的發(fā)生，獲得局部區(qū)域的應力狀態(tài)是非常必要的。雖然試驗方法可以準確的得出結(jié)果，但由于測量手段的局限性和影響因素的多樣性，很難得到各種組合情況下的應力分布；而連續(xù)力學方法由于不考慮瀝青混合料的不連續(xù)狀態(tài)，也很難得到細觀下瀝青膠漿的應力分布。非連續(xù)計算方法正是為了彌

2、補這些方法的不足而提出的。 非連續(xù)計算方法主要有離散單元法、DDA法以及數(shù)值流形法。文中分析了每種方法的基本原理和優(yōu)缺點，同時考慮到瀝青混合料空隙發(fā)達、多種材料耦合、顆粒松散、以及大變形等特點，通過比較認為：數(shù)值流形法能夠滿足這種計算的需要。不過基于規(guī)則網(wǎng)格的數(shù)值流形法由于受到網(wǎng)格的限制，在處理材料交界面處的位移協(xié)調(diào)以及特大變形時還面臨很多困難。為了改進這種方法，文中采用Galerkin型無網(wǎng)格法與數(shù)值流形法相結(jié)合來求解瀝青混合

3、料的力學問題，得到了很好的效果。 文中首先詳細討論了非連續(xù)計算面臨的三個關鍵性技術：計算模型的生成、接觸的判斷與施加，以及數(shù)據(jù)的存儲格式和求解方案。 鑒于無網(wǎng)格和流形法的計算特點，文中提出了“級配-基球-預壓”的瀝青混合料非連續(xù)模型生成方法。并討論了顆粒級配的控制、顆粒的嵌擠壓密、多面體模型的投放、以及瀝青膠漿的生成等問題。 對于接觸點的搜索，計算證明：采用分格檢索和公共平面結(jié)合的方法可以大大提高搜索的效率。另外

4、，為了將無網(wǎng)法融合到數(shù)值流形法中，重新推導了數(shù)值流形法中接觸子陣的形式，并實現(xiàn)了不同計算節(jié)點采用不同影響節(jié)點的計算格式。 通過分析非連續(xù)計算的剛度矩陣特點，認為采用動態(tài)的數(shù)據(jù)壓縮格式有利于提高剛度子陣的裝配效率和減少數(shù)據(jù)的存儲量。同時，經(jīng)過計算表明，當方程的階數(shù)不是特別高時，采用直接求解方法可以保證計算的精度和速度，當階數(shù)很高時，建議采用帶預處理的迭代方法。 其次，文中重點探討了無網(wǎng)格流形法的建立和實現(xiàn)方法，其中包括近似

5、方案的構(gòu)造、離散格式的形成、本質(zhì)邊界的處理和各種子陣的計算格式等問題。針對上述形成的瀝青混合料非連續(xù)模型，給出了材料交界面位移協(xié)調(diào)、瀝青膠漿的連接、影響節(jié)點的搜索以及接觸塊體的構(gòu)造等內(nèi)容的處理方法。同時，通過與有限元的對比，還討論了無網(wǎng)格流形方法的精度問題。 文章最后對無網(wǎng)格流形法在瀝青混合料細觀應力分布和空隙水壓力影響等方面的應用做了探討。為了和連續(xù)力學方法方法對比，還介紹了采用有限元方法進行相應計算的方法。雖然文中的算例較為

6、簡單，但還是能得出很多有意義的結(jié)論： (1)瀝青混合料的應力分布是與骨料和瀝青膠漿的模量的比率密切相關的。比值越大，骨料的應力越集中，而比值越小，骨料和瀝青的應力分布越均勻。因此可以通過調(diào)整模量比值促使骨料和瀝青膠漿共同協(xié)調(diào)受力，以最大程度地發(fā)揮它們各自的極限強度。模量比值的減小雖然可以使顆粒內(nèi)受力均勻，但往往會導致顆粒與顆粒間的應力的不均勻分布。 (2)歐拉方程耦合計算方法中，水是作為固體的附加質(zhì)量參與到受力體系中來的