[发明专利]沥青混合料黏弹性的动态力学分析方法

说明书

本发明涉及一种沥青混合料黏弹性的动态力学分析方法，包括以下步骤：对待测样品进行动态力学频率扫描试验；获得试验数据作试验复平面图；根据试验复平面图特征，引用常相角元件构建非理想固体模型；推导非理想固体模型的复柔量和复模量表达式，并建立储能模量和损耗模量的复平面关系式；根据试验复平面图与非理想固体模型的储能模量—损耗模量的复平面关系式的对应关系，求解元件参数值；将元件参数值代入非理想固体模型的复模量表达式，获得任意给定角频率条件下的储能模量和损耗模量值。根据模型和元件参数值可分析沥青混合料的力学性能，本发明提出的流变模型简单，元件个数少，但与实际试验结果的符合性高，且具有实际物理意义。

技术领域

本发明属材料黏弹性研究技术领域，尤其涉及一种沥青混合料黏弹性的动态力学分析方法。

背景技术

对黏弹性材料的研究方法通常有瞬变试验或动态试验。瞬变试验通常包括蠕变试验和应力松弛试验。蠕变试验是指对材料施加一个小的应力并保持不变，记录应变随时间的变化；应力松弛试验是指对材料施加一个应变并保持不变，记录应力随时间的变化。动态试验则对材料施加的应力或应变不是恒定的，是随时间变化的，即施加随时间成正弦变化的应力或应变，研究相应的应变或应力响应。

为形象和深入地理解黏弹性，很早就有人提出流变模型来分析材料的黏弹性。在流变模型中，弹性用弹簧描述，黏性用黏壶描述。流变模型即是将理想弹簧和理想黏壶通过串联或并联组合起来，模拟材料的黏弹性。目前简单基本流变模型有Maxwell模型、Kelvin-Voigt模型、标准固体模型(Standard solid model)、标准液体模型(Standard liquidmodel)和Burgers模型等。

对材料黏弹性的研究，当采用蠕变试验或应力松弛试验方法时，通常是根据应力或应变随时间的关系曲线，选择合适的流变模型，使试验结果与流变模型能达到较好的拟合，再求解出流变模型中元件参数值。通过元件参数值来分析材料的黏弹性性。

实践表明，诸多黏弹性材料的实际蠕变或应力松弛试验结果与简单基本模型的符合性并不高。因此，提出了广义Maxwell模型、广义Kelvin-Voigt模型，即多个Maxwell元件或Kelvin-Voigt元件进行串联或并联，能与实际数据达到较好的拟合结果，但元件参数值可能不具备物理意义。

对材料黏弹性的研究，当采用动态试验方法时，目前，在高分子与复合材料中广泛应用的主要是通过获得的温度谱或频率谱。温度谱通常是指材料在固定频率和应变水平下，动态力学性能随温度的变化规律。频率谱通常是指材料在固定温度和应变水平下，动态力学性能随频率的变化规律。利用这些试验，得到复模量、储能模量、损耗模量、相角随温度或频率的关系，但通常不涉及流变模型及元件参数值的求解。

沥青混合料是一种典型黏弹性材料，沥青混合料路面在车载重复作用下，一部分变形可恢复，一部分变形不可恢复，这与沥青混合料的黏弹性直接相关。因此，建立有效的流变模型对分析和研究沥青混料路面的使用性能非常重要，也是道路设计和研究人员关心的问题。

在沥青混合料的动态试验方法方面，主要有单轴压缩动态模量试验，按一定的温度和加载频率对试件施加偏移正弦波或半正矢波轴向压力，测量试件可恢复的轴向应变，可获得线性黏弹性范围内的单轴压缩动态模量和相角等，加载频率范围通常是(0.01～25)Hz。不涉及其流变模型及元件参数值的求解。单轴压缩动态模量试验虽有成熟的标准，但试验需要大型设备，前期试样制备要求高，试验过程中试样安装要求高。