申请/专利权人：长沙理工大学

申请日：2020-09-04

公开（公告）日：2024-04-05

公开（公告）号：CN112014216B

主分类号：G01N3/08

分类号：G01N3/08;G01N3/24

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.04.05#授权;2020.12.18#实质审查的生效;2020.12.01#公开

摘要：本申请公开了一种沥青混合料三维应变破坏准则模型的计算方法，包括进行复杂应力状态下的强度和刚度试验，获取材料的破坏主应力，建立八面体空间中的应力破坏准则模型，以及复杂应力状态下的静态回弹模量计算模型；在此基础上，基于广义胡克定理，通过转换的方法建立了考虑刚度影响的沥青混合料三维应变破坏准则模型。该模型考虑了复杂应力状态对沥青混合料强度、刚度的影响，以及各应变分量之间的协同破坏作用，较之于传统的未考虑刚度变化的破坏准则模型能够更加准确地反映沥青混合料的非线性强度和变形特性，为复杂应力状态下沥青混合料材料参数的合理选取及路面的精细化设计提供了支撑。

主权项：1.一种考虑刚度变化的沥青混合料三维应变破坏准则模型的计算方法，其特征在于：具体步骤如下：S1、开展双围压三轴试验，建立八面体应力空间中的破坏准则模型；S2、利用位移传感器采集竖向应变值，运用广义胡克定律计算另外两个方向的应变值，建立沥青混合料应变空间中的强度准则；S3、按照原点修正法，根据双围压三轴试验测得的数据计算出的不同应力状态下沥青混合料的静态回弹模量值，选择合适的回归模型；S4、将静态回弹模量回归模型推广到应变空间中，得到复杂应力状态下考虑模量值变化的应变破坏准则模型的拉压子午线及破坏包络线；所述步骤S1中开展双围压三轴试验建立八面体应力空间中的破坏准则模型步骤如下：S1.1、按照《公路工程沥青与沥青混合料试验规程JTGE20-2011》标准试验方法配比成型SMA-13沥青混合料，选取试件尺寸的直径、高度均为100mm；利用旋转压实机得到直径为100mm，高度为106mm的圆柱形试样；将试样在冷却水作用下进行端部抛切得到高度为100mm的试样，然后进行钻芯获得空心圆柱体试件进行测试；S1.2、采用三向加载设备，开展平面等压轴向压缩、平面等压轴向拉伸和平面拉压轴向拉伸破坏特性试验，获取材料破坏特征点的三向主应力和轴向应变数据；S1.3、根据拉、压子午线共点且形状相似的特点，成比例地拟合子午线；在八面体空间建立以拉、压子午线和破坏包络线表征的、能考虑各应力分量之间联合破坏作用的应力破坏准则模型，公式如下：压子午线：拉子午线：破坏包络线：τoctθ＝τot-τot-τocsin71.5θfc为沥青混合料的单轴抗压强度，取绝对值，a1、b1、c1、k为回归系数，式中，σoct为沥青混合料的八面体正应力、τoct为八面体剪应力，θ为洛德角，σ1为第一主应力、σ2为第二主应力、σ3为第三主应力，τot为拉子午线上的八面体剪应力、即拉子午线上的τoct，τoc为压子午线上的八面体剪应力、即压子午线上的τoct；具体描述如下： 所述步骤S2中，建立沥青混合料应变空间的强度准则的步骤如下：S2.1、采用三轴试验装置对沥青混合料进行加载，实验过程中采用MTS位移传感器采集竖向应变值，在三维主应变空间中，运用广义胡克定律计算另外两个方向的应变值： ε1、ε2、ε3分别为第一、二、三主应力方向的应变；S2.2、应变空间的破坏面由子午面及等斜面中的横截面来描述，对应构成拉压子午线和π平面上强度包络线的模型如下所示： 式中，变量为单轴压缩时第一、二和第三主应变，为单轴压缩破坏点对应的等效应变值；μ为泊松比；εoct为八面体应变空间上的正应变；γoct八面体应变空间上的剪应变；S2.3、三维应力状态下沥青混合料各应变值随静水应力变化而变化，且八面体剪应变γoct随八面体正应变εoct呈抛物线形式变化；由此，考虑到与应力空间中的强度模型的一致性，通过εoct与γoct建立应变空间中的三维破坏准则模型：压子午线：拉子午线：破坏包络线：γoctθ＝γot-γot-γocsin71.5θ a2、b2、c2、k为回归系数；式中γot为拉子午线上的八面体剪应变、即拉子午线上的γoct，γoc为压子午线上的八面体剪应变、即压子午线上的γoct；所述步骤S3中，测得并计算出沥青混合料的静态回弹模量、选择合适回归模型的步骤如下：S3.1、按照《公路工程沥青及沥青混合料试验规程JTGE20-2011》中的原点修正法，根据测得的数据计算出的不同应力状态下沥青混合料的静态回弹模量值；其计算公式为： 式中：E'-静态回弹模量MPa；q5-相应于第5级荷载时的荷载压强单位为MPa；h-试件轴心高度，单位为mm，ΔL5-第5级荷载时经原点修正后的回弹变形，单位为mm；S3.2、通过平面等压轴向压缩、平面等压轴向拉伸及平面拉压轴向拉伸试验，测得不同应力状态下沥青混合料的静态回弹模量，选取σoct为自变量、E为因变量的线性模型来描述刚度的变化规律：E＝A+Bσoct式中，A、B为复杂应力状态下沥青混合料回弹模量计算模型参数。所述步骤S4中，获得考虑复杂应力状态下模量变化的应变破坏准则模型的拉压子午线及破坏包络线的具体步骤如下：S4.1、运用广义胡克定律，沥青混合料应力与应变模型存在如下转换： 将上式代入沥青混合料的应力破坏准则模型的拉压子午线，得到应变空间中的拉压子午线：压子午线：拉子午线：S4.2、根据建立的沥青混合料静态回弹模量线性回归模型：E＝A1,2+B1,2σoct式中，A1、B1为平面等压轴向压缩的模型参数，A2、B2为平面等压轴向拉伸的模型参数。整理化简得： 将上式代入到应变空间的拉压子午线中，并引入等效应变值得复杂应力状态下考虑模量变化的空间应变模型拉压子午线为：压子午线：拉子午线：根据上述考虑复杂应力状态下模量变化的沥青混合料应变破坏准则模型及实验所测数据、应力模型拉压子午线参数及模量模型参数，整理化简可得考虑复杂应力状态下模量变化的空间应变破坏准则模型拉压子午线为： 式中，a、b、c、d、e均为模型参数；与建立应力空间中沥青混合料的破坏准则模型类似，根据沥青混合料平面拉压轴向拉伸试验结果，建立应变空间中的破坏包络线：γoctθ＝γot-γot-γocsin71.5θ

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百度查询： 长沙理工大学 一种沥青混合料三维应变破坏准则模型的计算方法

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