[发明专利]一种考虑胶结料随机非均匀性的沥青混合料开裂行为模拟方法

说明书

本发明公开了一种考虑胶结料随机非均匀性的沥青混合料开裂行为模拟方法，包括以下步骤；步骤一：沥青混合料试件制备：步骤二：试件CT扫描：步骤三：获取沥青混合料细观特征；步骤四：提取不同胶结料厚度；步骤五：将不同厚度胶结料和集料导入有限元软件；步骤六：获取不同厚度胶结料的模型参数；步骤七：确定沥青混合料其他模型参数；步骤八：批量分区域插入内聚力单元；步骤九：模型分析。本发明考虑胶结料分布的随机非均匀性，并根据不同胶结料厚度的失效模式确定的粘附CZM、粘聚CZM、粘附‑粘聚CZM并插入Cohesive单元，再将不同厚度的胶结料CZM参数赋予相应的粘附CZM、粘聚CZM以及粘附‑粘聚CZM，进而模拟沥青混合料的开裂行为。

技术领域

本发明涉及道路工程技术领域，特别涉及一种考虑胶结料随机非均匀性的沥青混合料开裂行为模拟方法。

背景技术

沥青路面在长期服役中，由于荷载和环境作用产生裂缝，很多学者对沥青混合料的开裂行为进行深入研究。目前对于模拟裂缝行为的方法，大都是采用由Dugdale和Barenblatt提出的一种基于弹塑性断裂力学，研究裂纹尖端微小非线性塑性区的有效方法，该数值方法常用于模拟裂纹萌生和演化，多用于沥青材料和路面中。但现有的沥青混合料开裂模拟方法未考虑胶结料的随机非均匀性，仅将胶结料视为单一材料(即胶结料视为砂浆或胶浆)，并赋予单一材料相同的模型参数，未考虑胶结料分布的随机非均匀性，以及随机非均匀性对胶结料参数的影响，无法反映沥青混合料中胶结料的真实分布情况，进而无法真实反映沥青混合料的开裂行为。相应的，研究人员在有限元软件中采用内聚力模型(Cohesive Zone Model，CZM)研究时，只开发出能对实体单元进行全局插入内聚力单元(cohesive element)的方法，未考虑胶结料随机非均匀性，不能对指定区域进行插入cohesive单元，这具有明显的局限性。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种考虑胶结料随机非均匀性的沥青混合料开裂行为模拟方法，通过分析混合料细观结构特征，获取不同厚度胶结料，再通过一系列试验建立不同厚度胶结料与CZM参数的关系。考虑胶结料分布的随机非均匀性，并根据不同胶结料厚度的失效模式确定相应的粘附CZM、粘聚CZM、粘附-粘聚CZM并插入Cohesive单元，再将不同厚度的胶结料CZM参数赋予相应的粘附CZM、粘聚CZM以及粘附-粘聚CZM，进而模拟沥青混合料的开裂行为。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种考虑胶结料随机非均匀性的沥青混合料开裂行为模拟方法，包括以下步骤；

步骤一：沥青混合料试件制备：

所用沥青混合料由粗集料、细集料、填料和沥青组成，粗集料和细集料均采用玄武岩，沥青选用SBS改性沥青或高粘改性沥青，根据不同的沥青混合料级配，通过旋转压实仪成型沥青混合料试件，所述沥青混合料试件直径为100±1mm，高度63.5±1.3mm；

步骤二：试件CT扫描：

采用工业CT扫描仪对成型的沥青混合料试件进行扫描；扫描电压为300kV，沿沥青混合料试件高度方向每隔100μm获取一张CT图像；

步骤三：获取沥青混合料细观特征；

步骤四：提取不同胶结料厚度；

步骤五：将不同厚度胶结料和集料导入有限元软件；

步骤六：获取不同厚度胶结料的模型参数；

步骤七：确定沥青混合料其他模型参数；

步骤八：批量分区域插入内聚力单元；

步骤九：模型分析。

所述步骤三包括以下步骤：