沥青混合料粘弹塑性断裂参数的研究

沥青混合料是一种典型的粘弹塑性材料.文中通过半圆弯拉试验,采用J积分理论和延迟开裂时间评价其延迟开裂性能,测得在不同荷载水平和不同试验温度下沥青混合料的延迟开裂时间,以及不同试验温度下的断裂韧度,研究其裂缝起裂规律.结果表明,裂缝的起裂表现出明显的粘弹塑性特征,采用J积分理论和延迟开裂时间评价沥青混合料的断裂性能时,简单的流变本构关系依然适用.     

基于OT试验的大粒径沥青混合料抗裂性能研究

为了研究大粒径沥青混合料作为沥青路面下面层抵抗反射裂缝的能力,研究了其在不同荷载速率、不同温度、不同油石比和不同老化情况下的抗裂性能。通过OT试验对大粒径沥青混合料进行单调拉伸试验并对其断裂面分形特性进行研究,测出其在不同条件下的荷载位移曲线,得出不同条件下的力学性能参数和分形维数。研究结果表明:大粒径沥青混合料在不同条件下表现出很好的分形特性,分形维数越高表明断裂能越高;总断裂能和裂缝扩展阶段的能量随温度的降低、油石比的增大、加载速率的提高和老化程度的增加而增大;峰值荷载和断裂能指数随加载速率增加和温度的降低而增加。推荐用总断裂能和分形维数评价大粒径沥青混合料的抗裂性能,以提高试验重复性。断裂能指数对沥青混合料断裂性能评价的有效性还有待进一步研究。     

应用J积分断裂准则评价应力吸收层抗裂性能

应用弹塑性断裂力学J积分理论,采用半圆弯曲试验评价了3种级配应力吸收层的抗裂性能,发现采用断级配设计的应力吸收层具有良好的抗裂性能,结果表明断裂韧度JC可以用来评价应力吸收层的抗裂性能,由丰富沥青胶浆填充断级配骨架结构的级配设计,可以提高沥青混合料的抗裂能力。     

应用J积分断裂准则评价应力吸收层抗裂性能

应用弹塑性断裂力学J积分理论,采用半圆弯曲试验评价了3种级配应力吸收层的抗裂性能,发现采用断级配设计的应力吸收层具有良好的抗裂性能,结果表明断裂韧度JC可以用来评价应力吸收层的抗裂性能,由丰富沥青胶浆填充断级配骨架结构的级配设计,可以提高沥青混合料的抗裂能力.     

基于间接拉伸开裂方法评价超薄磨耗层混合料抗裂性能

通过间接拉伸开裂（IDEAL-CT）试验方法,研究了不同级配及油石比条件下超薄磨耗层混合料的抗裂性能。结果显示,级配变密会导致混合料整体强度上升,抗变形能力下降,同时会加快裂缝扩展速度,混合料抗裂性能下降。油石比的增加会使混合料抗变形能力提升,延缓裂缝扩展速度,使得混合料抗裂性能增强。皮尔逊相关性分析结果表明,随着超薄磨耗层混合料的孔隙率和沥青膜厚度的增加,混合料整体强度降低,抗变形能力提升,裂缝开裂速度下降,混合料整体抗裂性能增强,因而超薄磨耗层混合料设计过程中可通过提升孔隙率和沥青膜厚度来增强混合料的抗裂性能。对于IDEAL-CT试验指标,断裂能不适用于评价超薄磨耗层混合料抗裂性能。     

沥青混合料低温性能J—积分的研究

应用弹塑性断裂力学的Ｊ－积分评价沥青混合料的低温断裂性能，并将计算沥青材料的Ｊ－积分的表达式分为弹性和塑性两个部分，推导出Ｊ－积分的更为明确的计算式，它清楚地表达了沥青混合料在低温状态下由塑性体向弹性体转化的过程，并把定义沥青混合料的脆化点的方法量化，采用了身份种沥青混合料对上述推论进行了试验验证，证明不同性能的沥表示混合料其Ｊ－积分值有明显差别。     

厂拌热再生SBS改性沥青混合料抗裂性能

为了研究厂拌热再生SBS改性沥青混合料的抗裂性能,采用半圆弯拉试验,通过断裂能分析中低温条件下旧料掺量、再生剂掺量对再生沥青混合料抗裂性能的影响;同时借助数字散斑技术,对半圆弯拉试验加载全过程中试件表面图像进行散斑处理,对其裂缝尖端水平应变场信息以及裂缝扩展特征进行评价,对比分析水平应变-时间曲线的变化规律;并研究长期老化和冻融循环作用对再生沥青混合料抗裂性能的衰减特性。研究结果表明:中低温条件下,再生沥青混合料的抗裂性能随旧料掺量的增加呈二次多项式递减,使用再生剂无法改变这种递减关系,但有助于减缓其劣化趋势,当旧料掺量(质量分数,下同)小于30%时,再生沥青混合料抗裂性能接近新拌改性沥青混合料,但抗老化性能较差;再生沥青混合料砂浆易形成受力薄弱界面,再生剂可延长其开裂时间,并提高裂尖水平应变峰值,尤其对于大比例废旧SBS改性沥青混合料(RAP-SBS)再生改善效果更明显;影响再生沥青混合料低温抗裂性能的各因素依次为温度、旧料掺量、长期老化,其中温度的影响最显著;再生沥青混合料低温抗裂性能对冻融循环次数的敏感度随旧料掺量的增加而增大,指数模型可以较好表征再生沥青混合料低温抗裂性能随冻融循环次数的衰减状况,其损伤程度随冻融次数的增加大致分为快速损伤期和稳定损伤期2个阶段。     

沥青混合料低温性能J－积分的研究

应用弹塑性断裂力学的Ｊ－积分评价沥青混合料的低温断裂性能，并将计算而青材料的Ｊ－积分的表达式分为弹性和塑性两个部分，推导出Ｊ－积分的更为明确的计算式，它清楚地表明了沥青混合料在低温状态下由塑性体向弹性体转化的过程，并把定义沥青混合科的脆化点的方法量化．采用了两种沥青混合料对上述推论进行了试验验证．证明不同性能的沥青混合科其Ｊ－积分值有明显差别．     

贫沥青碎石缓解层抗裂效果与路用性能研究

采用新型材料贫沥青碎石(LAG)作为缓解层以有效解决半刚性基层路面易产生反射裂缝的问题.为研究其抗裂效果,通过模拟实际道路中车轮作用,开发出一种简单易行的抗裂性能试验方法.以开裂寿命、断裂寿命和裂缝发展速率作为抗反射裂缝能力评价指标,分析不同沥青用量的贫沥青碎石和其他3种不同抗裂材料的抗裂效果,进一步选取抗变形、渗水性能和抗冲刷能力进行路用性能验证.结果表明:材料开裂后,在开裂和断裂寿命基础上采用裂缝发展速率评价抗裂效果更直观合理;贫沥青碎石在最佳沥青用量下抗反射裂缝能力最优,6种材料抗裂效果依次为LAG2LAG3LAG1ATB-25ATPB-25AC-25;贫沥青碎石各项路用性能指标均符合要求,可作为半刚性路面缓解层来延长道路使用寿命.     

沥青混合料低温抗裂性能分析及断裂过程模拟

为了分析沥青混合料材料参数对低温抗裂性能的影响,选取不同混合料类型、沥青种类、老化程度及再生料(RAP)含量为变量,应用圆盘拉伸试验(DCT)进行温度为-12℃下的沥青混合料断裂试验,选取断裂应变容限值为评价指标,研究不同因素对沥青混合料低温性能的影响。采用内聚力模型对DCT试验全过程进行模拟,探究混合料的裂纹扩展及损失规律,并与试验过的结果进行比较。研究表明:RAP掺量及沥青的老化均对沥青混合料的低温性能不利,而混合料的种类对低温性能的影响不明确,但空隙率较大的沥青混合料的试验结果有较大的变异性,使用改性沥青会对低温性能的提升有正面影响。数值模拟分析表明,DCT试验可分为5个阶段,即初始加载、试件损伤、裂缝产生、裂缝扩展、试件完全破裂,且数值模拟结果与试验结果基本吻合,可作为一种分析手段模拟沥青混合料断裂损伤行为,降低试验消耗。     

切口尖端不同曲率半径试件的动态有限元分析

数值分析与试验均证明在裂纹尖端存在着J主导区,J积分可以作为决定裂纹起裂的参数.由于韧带较窄,机械加工难以获得深切口尖端的曲率半径为零.考虑裂纹尖端存在一定曲率半径的情况下,对不同切口深度比的裂纹进行动态有限元计算,并和切口尖端曲率半径为零的裂纹进行对比,讨论了切口的曲率半径对J积分的影响,为下一步的断裂试验提供数值分析依据.     

能容纳二次应力的J积分断裂参量的实验验证

用带焊接残余应力的焊接试板对文题进行了研究。结果表明：用修正Ｊ积分作为裂断裂参量建立的断裂准则，测得的缺口和裂纹断裂预测值与实验实测值非常接近，其误差在１０％之内。     

弹塑性材料裂纹扩展的动态J阻力曲线实验

为得到弹塑性材料裂纹扩展的阻力曲线，采用较大外径和较大韧带直径的周边切口在自行研制的间接杆-杆型冲击拉伸试验装置上进行了动态断裂和起裂止裂试验．采用数值分析提出的修正方法得到韧带面上的载荷，结合测得的裂纹嘴张开位移（CMOD），推广Rice远场J积分公式来计算动态J积分；依据柔度变化率法确定起裂点，从而获得动态起裂韧度JID．利用柔度标定法得到裂纹扩展轨迹；提出了周边切口拉伸试件裂纹扩展阻力的动态，JM（t）积分表征的修正形式，从而得到了弹塑性材料裂纹扩展至止裂前的阻力曲线，并对相关问题进行了讨论．试验结果表明：修正的JM（t）可以作为裂纹扩展阻力的表征参量，不仅适用小量稳态扩展过程，裂纹扩展较大时也适用；对弹塑性材料裂纹扩展阻力曲线是惟一的，与裂纹初始长度无关．     

循环塑性与疲劳裂纹扩展门槛值

基于材料的循环塑性预测了疲劳裂纹扩展的门槛值.所提出的模型强调材料的循环塑性对疲劳裂纹扩展的影响.结合无位错区理论和内聚区理论计算循环载荷下裂纹吸附区的J积分值,并以J积分作为断裂参数建立裂纹扩展的标准.由此计算的疲劳裂纹扩展速率符合通常的模式,预测的门槛值与实验拟合较好.当前模型的主要特点是近门槛疲劳主要由材料的循环变形行为确定,进而由标准循环加载的实验确定,这对于工程实际有重要意义.     

含裂纹复合材料板J积分的复变函数方法

采用复变函数方法讨论了无限大各向异性纤维复合材料单层板I II混合型裂纹尖端的J-积分。在给出各向异性复合材料单层板J-积分对坐标的曲线积分表示式基础上,通过将裂纹尖端的应力和位移代入该表示式得到了J-积分的复形式———复变函数积分的实部,根据柯西—古萨基本定理证明了该J-积分的路径无关性,借助柯西积分公式推出了该J-积分的理论计算公式。     

火焰筒掺混孔边裂纹在变温情形下的J积分、C(t)积分

针对某型火焰筒高温条件下裂纹萌生以及扩展问题，利用含裂纹圆孔模型和有限元方法分别在稳定温度场和瞬态变化温度场下进行数值模拟，通过J积分和C（t）积分结果估计裂纹尖端场强度。J积分和C（t）积分在两种情况下表现出明显差异，表明瞬态温度场下的裂纹扩展与稳态温度场下的情况显著不同。对这种现象进行了初步探讨，利用J积分和C（t）积分判断火焰筒掺混孔边裂纹扩展趋势。     

含裂纹悬臂梁的塑性动力响应及破坏

本文分析了含裂纹的悬臂梁在冲击载荷作用下的刚塑性动力响应,给出了整个响应过程封闭形式的完全解。然后将这个解与J积分及撕裂模数联系起来,给出了裂纹失稳扩展的准则。作为实例,计算了含腐蚀性裂纹的薄壁圆管受冲击载荷作用时的J积分和撕裂模数。     

交通荷载作用下沥青路面裂缝尖端的应力强度因子分析

考虑沥青混合料粘弹性断裂力学行为,对于沥青路面的开裂或反射性裂缝的扩展行为研究具有重要意义.基于粘弹性断裂理论,采用非线性有限元软件ABAQUS,分析交通动荷载作用下不同车速、不同基层模量对含有裂缝路面结构体系的位移场和应力场的影响.计算结果表明:裂缝尖端应力强度因子变化曲线随着车速的增加发生移动,且峰值几乎不变;随着基层模量的增加,应力强度因子增大.在偏荷载作用下裂缝尖端应力强度因子由KⅠ、KⅡ组成,当基层模量较小时裂缝尖端应力强度因子主要表现为KⅡ,随着弹性模量的增加KⅠ增大,KⅡ几乎保持不变.     

有/无填充介质对裂纹动态断裂特性影响的实验研究

为了研究有/无填充介质对裂纹动态断裂特性的影响,利用动态焦散线实验方法结合高速相机对含预制缺陷的试件进行了三点弯冲击断裂实验。研究结果表明:冲击载荷作用下运动主裂纹与预制缺陷贯通后,预制裂纹中有/无填充介质影响次生裂纹的起裂位置、数量、起裂模式、起裂所需时间。在预制裂纹中无填充介质的情况下,沿预制裂纹左右两侧对称产生2条次生裂纹,次生裂纹起裂时是Ⅰ+Ⅱ混合模式断裂;在填充环氧树脂介质情况下,沿预制裂纹中心处产生1条次生裂纹,次生裂纹起裂时是Ⅰ型断裂;同时无填充介质试件次生裂纹起裂所需时间大于填充了环氧树脂的试件。