[发明专利]一种控制应变加载模式下的沥青混合料仿真疲劳试验方法

摘要

本发明公开了一种控制应变加载模式下的沥青混合料仿真疲劳试验方法，该试验方法通过对沥青砂浆进行疲劳试验获取沥青砂浆疲劳失效条件，再通过生成沥青混合料仿真试件进行疲劳试验输出疲劳表征变量，将输出表征变量与疲劳失效条件相对比，从而得出沥青混合料疲劳失效相关参数。本发明能够很好地模拟沥青混合料在进行四点弯曲疲劳试验时的受力状态，在获得沥青砂浆疲劳性能衰减规律的基础上，可任意改变粗集料含量实现沥青混合料疲劳过程的仿真模拟而不需要进行实际沥青混合料疲劳试验，解决了沥青混合料疲劳试验周期长，实验结果离散性大，试验成本高等问题，对于道路工程专业研究具有重要意义。

主权项

1.一种控制应变加载模式下的沥青混合料仿真疲劳试验方法，包括以下步骤：步骤1)：获取沥青砂浆在与沥青混合料相同疲劳试验条件下的疲劳失效条件，具体步骤如下：I、根据去除沥青混合料中粗集料后剩余细集料、矿粉与沥青质量之比例不变的原则，确定沥青砂浆的级配与油石比，制作沥青砂浆试件，并进行控制应变加载模式下的疲劳试验，实验条件与沥青混合料疲劳试验条件保持一致；根据沥青砂浆在与沥青混合料相同试验条件下的疲劳试验结果，获取相关力学参数以及各参数随疲劳加载次数的变化规律；II、沥青砂浆力学本构模型与疲劳演化方程构建：设定沥青砂浆只有在受到拉应力时才会发生疲劳破坏，此时受到拉应力大小为σ，初始弯曲劲度模量为E，实时弯曲劲度模量为产生拉应变大小为ε，损伤大小为D，疲劳加载次数为N，根据损伤力学原理构建沥青砂浆含损伤本构模型如式(1)：σ＝(1‑D)Eε     (1)构建控制应变加载模式下的沥青砂浆损伤演化方程如式(2)：此时，沥青砂浆内损伤的计算方法为式(3)：式(2)中a、p为模型参数，需要通过拟合得到；结合式(1)、(2)可得当加载次数为N时，沥青砂浆试件底面损伤大小如式(4)：式中：ε_C为控制应变加载模式下疲劳试验中的所施加的应变大小，D_C为相应荷载条件下加载次数为N时的损伤大小；III、模型参数获取：根据步骤I中得到的沥青砂浆弯曲劲度随疲劳加载次数变化规律，通过式(3)计算得到损伤随疲劳加载次数变化规律，将此规律与式(4)进行拟合，得到式(2)与式(4)中参数a，p，并通过损伤大小与疲劳加载次数的变化规律判定沥青砂浆试件的疲劳失效条件；步骤2)：生成沥青混合料仿真试件，并按照与沥青砂浆疲劳试验相同的试验条件进行疲劳试验，具体步骤如下：I、计算沥青混合料级配与空隙率：根据疲劳试验研究对象级配与空隙率要求，计算沥青混合料仿真试件中各档粗集料质量之比例，据此计算各档粗集料颗粒数量之比例以及空隙占试件总体积之比例；II、生成沥青混合料仿真试件：以实际疲劳试验试件尺寸规格为基础，设定初始沥青混合料试件尺寸，根据试件尺寸，建立试件空间，首先将沥青砂浆填充在试件空间中，然后根据上述步骤I中计算得到的粗集料颗粒、空隙应占试件空间之比例计算得到该空间中各档粗集料颗粒数量以及空隙数量，将集料颗粒‑空隙体系按照随机分布、互不重叠的原则继续填充到该试件空间中，将与之重叠的沥青砂浆部分剔除，生成沥青混合料初始试件，设定为A；对试件A进行切割得到符合试验尺寸要求的沥青混合料仿真试件，设定为B；III、按照实际疲劳试验中沥青混合料试件的受力状态，建立加载夹具与固定夹具，并与生成的沥青混合料仿真试件合并构建沥青混合料疲劳仿真试验系统；Ⅳ、仿真疲劳试验控制应变加载模式实现：通过控制加载夹具垂直方向的位移，实现对沥青混合料仿真试件施加应变荷载；V、疲劳表征变量输出：在每个加载周期末，将步骤1)中计算得到的a、p的值输入仿真试验系统用于计算疲劳表征变量大小并利用SDV变量实现输出；VI、表征变量与沥青砂浆试件疲劳失效条件对比：若表征变量满足在步骤1)中的沥青砂浆疲劳试验中获得的疲劳失效条件则仿真疲劳试验结束；若不满足则继续进行疲劳加载。