损伤黏弹性厚板非线性动力学方程

采用Timoshenko几何变形假设,应用黏弹性厚板几何非线性的分析方法,推导了黏弹性损伤中厚板的几何非线性问题的动力学方程.它是一个五元非线性积分—偏微分方程组.当不考虑损伤时,此方程可以退化得到黏弹性中厚板的非线性动力方程.

损伤黏弹性Timoshenko梁的广义变分原理

从考虑损伤的黏弹性材料一种卷积型本构关系出发,应用Timoshenko梁变形的基本假设,建立了损伤黏弹性Timoshenko梁的静、动力学行为研究的数学模型.同时,利用卷积,建立了相应的Gurtin型广义变分原理.该广义变分原理可以看成是黏弹性Timoshenko变分原理的一种推广.

软岩及混凝土材料损伤型黏弹性动态本构模型研究

根据软岩及混凝土材料在动载下的应力–应变曲线特点,并结合损伤体与黏壶所具有的特性,建立一种适合软岩及混凝土材料的损伤型黏弹性动态本构模型方程。该模型的建立是以朱王唐模型为基础,采用损伤体代替朱王唐模型中的弹性元件对现有损伤型朱王唐模型进行改进而建立的一种损伤型黏弹性动态本构模型方程。为说明该模型方程的合理性,采用建立的本构模型方程对分离式霍普金森压杆(SHPB)实验系统下实测的应力–应变曲线进行拟和,拟和曲线和实测曲线具有很好一致性,因此,该模型可为软岩及混凝土材料的动态本构关系的进一步研究及其工程应用提供一定的参考。

基于黏弹性损伤模型的水工混凝土破坏过程能量演化特征研究

为研究北江支流连江英德水利枢纽水工混凝土力学特征,采用室内试验方法开展了混凝土力学试验,并结合黏弹性损伤模型进行混凝土加载破坏过程能量演化特征分析。试验结果表明,温度与混凝土承载能力具有正相关,但增长效应在减弱,同时混凝土脆弹性变形能力在增强。研究得到应变速率与混凝土承载能力也为正相关,当应变速率增大1个量级,则峰值应力可提高84.3%,同时混凝土变形破坏作用由延塑性演变至脆弹性。基于损伤模型能量特征计算,获得弹性应变能、耗散能均与温度、应变速率为正相关关系;弹性应变能随温度热作用影响在100℃后减弱,而随应变速率影响节点较峰值应力提前;应变速率愈大,耗散能在屈服变形破坏段更大。研究成果可为探讨水工混凝土力学影响特征及能量演化特征提供参考。

冲击荷载下红砂岩非线性黏弹性损伤本构研究

根据红砂岩在冲击荷载作用下应力曲线表现出的明显的分段特征,以朱王唐本构模型为基础进行改进,建立了一种非线性体、Maxwell体和基于Weibull分布的损伤体并联的本构模型;根据红砂岩动态力学特性,对朱王唐本构模型进行简化,并基于Lemaitre等效应变假设推导出一种率型损伤本构方程。对两种新建本构方程进行试验验证,讨论其适用性并对比分析各参数对试验数据拟合结果的影响,结果表明,基于Weibull分布的非线性黏弹性损伤本构方程能很好地对常温及冻结状态下红砂岩峰前以及整个应力曲线的动态力学性能进行表征,而基于Lemaitre等效应变假设的损伤本构方程只可对红砂岩峰前应力部分进行解答,对整个应力曲线的表征存在一定的局限性。

基于耗散能和黏弹性连续损伤理论的沥青疲劳特性分析

疲劳损伤是沥青结合料的重要特性之一。为研究时间扫描实验和线性振幅扫描(LAS)实验评估沥青结合料疲劳损伤特性的可靠性,本文通过耗散能理论和黏弹性连续损伤理论(VECD)计算了基质沥青和SBS改性沥青的五种疲劳寿命指标,并利用方差分析和皮尔逊相关系数研究了这五种疲劳指标之间的差异性和相关性。研究结果表明:五种沥青结合料疲劳评价指标存在一定的差异性;而且相比基质沥青而言,SBS改性沥青的差异性较大。利用LAS试验和VECD方法评估基质沥青和SBS改性沥青疲劳寿命具有较好的可靠性,这对快速研究沥青结合料抗疲劳损伤能力具有明显的优势。

高黏弹沥青砂蠕变损伤模型

应用Kachanov损伤模型表征沥青砂损伤的增长变化律,将Burgers模型与损伤因子进行耦合,构建出能够描述高黏弹沥青砂3阶段蠕变全过程的蠕变损伤模型.借助高黏弹沥青砂的弯曲蠕变试验数据,利用最小二乘法,得到相关模型系数和蠕变损伤演化曲线.将此蠕变损伤模型曲线与试验结果及Burgers模型曲线进行对比研究.结果表明:该蠕变损伤模型能准确描述高黏弹沥青砂的蠕变3阶段特性,拟合相关系数达到0.998.

再生沥青混合料的黏弹性动态响应及疲劳性能

为了分析废旧沥青路面材料(RAP)对热拌沥青混合料的黏弹性动态响应及疲劳性能的影响,设计了不同RAP掺量(10%、20%、30%)及不同级配(AC-13和AC-16)的沥青混合料,采用沥青混合料性能试验仪(AMPT)在不同温度和加载频率下的动态模量,之后采用时间-温度等效原理,确定了不同沥青混合料的动态模量主曲线;并对不同沥青混合料进行了单轴拉伸疲劳试验,通过简化的黏弹性连续损伤模型(S-VECD),确定了不同级配、不同RAP含量的沥青混合料的损伤特征曲线(C-S),及基于能量的疲劳失效标准与疲劳加载次数之间的关系(GR-Nf).结果表明:沥青混合料的动态模量随着温度的升高、加载频率的降低而降低,温度越低、频率越高,沥青混合料越接近弹性体,反之越接近黏性体;从不同级配的沥青混合料的动态模量主曲线中可以看出,RAP含量越高,其动态模量越高,但总体来看相差不大.疲劳试验及分析表明:RAP含量较高时,其疲劳性能较低,表明其应力松弛能力较差,因此应更加关注再生沥青混合料的抗疲劳性能.

全程老化沥青中温抗疲劳性能及预测模型研究

为分析老化沥青胶结料的中温抗疲劳性能,以三种基质沥青和两种改性沥青为试验材料,基于线性振幅扫描试验和黏弹性连续损伤模型,建立了预测模型。结果表明,在线性振幅扫描试验中,随着频率的增大和老化时间的延长,沥青的复合剪切模量增大,相位角减小;改性沥青的相位角明显小于基质沥青,表明改性剂可以增强沥青胶结料的弹性;基质沥青的疲劳寿命随老化时间延长而缩短,其变化存在一个平缓过渡期;精度检验结果表明,建立的非线性预估模型拟合程度高,可用于不同老化时间沥青胶结料疲劳寿命的预测;推荐采用残留疲劳寿命作为老化沥青胶结料中温抗疲劳性能工程的判断指标,并针对不同类型沥青提出了相应技术要求。

纤维增强沥青混凝土路面抗裂性能的黏弹性损伤分析

为了研究芳纶纤维增强沥青混凝土路面的抗裂性能,通过劈裂试验和细观复合材料力学对比研究,确定了芳纶纤维的合理掺量为质量含量0.2%;应用黏弹性理论确定了芳纶纤维增强沥青混凝土的松弛模量;应用有限元数值计算的方法,对已含裂缝芳纶纤维增强沥青混凝土路面进行了黏弹性与损伤的耦合分析,分析了芳纶纤维含量对平均损伤因子、损伤区半径、断裂区半径的影响。分析结果表明:质量含量为0.2%的芳纶纤维增强沥青混凝土路面的松弛损伤因子比无纤维时减少了8.38%,损伤区半径和断裂区半径分别减小了66.34%和64.16%;这3个参数都充分表明,芳纶纤维增强沥青混凝土路面的力学性能和耐久性都有明显地改善,可提高低温抗裂能力。

软岩的动态力学本构模型

利用分离式霍布金森压杆实验系统(SHPB)对2种典型的软岩砂质、泥岩进行动态力学性能测试,测试的应力应变曲线表现出显著的应变硬化和塑性流动等复杂的动态力学特性。基于实验结果,在朱-王-唐模型的基础上,并且考虑软岩本身结构缺陷的影响,建立了一种适应软岩材料的黏弹性统计损伤模型。该模型由2个Maxwell体和1个损伤体并联组成,2个Maxwell体用来描述对软岩高分子材料的高低应变率响应以及软岩材料在动载作用下的塑性变形特性,考虑软岩材料本身缺陷的影响,用一个损伤体代替朱-王-唐模型中的非弹性弹簧。利用黏弹性统计损伤模型对不同应变率下软岩材料的动态应力应变曲线进行拟合,拟合曲线与测试曲线一致性良好。

乳化沥青残留物疲劳特性评价的影响因素与机理分析

基于简化黏弹性连续介质损伤(S-VECD)理论研究了乳化沥青残留物应力应变响应特征、疲劳损伤特性与疲劳寿命预估,通过傅里叶变换红外光谱仪(FTIR)、扫描电子显微镜(SEM)和原子力显微镜(AFM)等微观手段分析了乳化沥青残留物相态结构、共混改性以及疲劳损伤的影响机理。研究结果表明:普通乳化沥青残留物的损伤曲线存在交错现象,添加改性剂使得损伤曲线不再产生交错,提升了乳化沥青残留物的疲劳性能,SBR改性剂的改善效果更为显著;改性乳化沥青残留物在EN、ASTM蒸发方式下的损伤曲线较DHM蒸发方式下更平缓,表现出EN、ASTM蒸发方式下的残留物抵抗损伤能力更强;从疲劳寿命提升幅度上看,不同蒸发方式制备的普通乳化沥青残留物的最大疲劳寿命较最小疲劳寿命提升56.9%,而SBS、SBR改性乳化沥青残留物分别提升179.1%和67.8%,表明蒸发方式对改性乳化沥青残留物的巨大影响,且DHM蒸发方式下改性乳化沥青残留物的疲劳寿命均最小;添加改性剂和改变蒸发方式会引起官能团含量、胶体结构和微观粗糙度的变化;DHM蒸发方式更易使得改性乳化沥青残留物发生氧化作用,并且促使更多的沥青质的产生,使得胶团的胶溶性降低,凝胶化增强,导致乳化沥青残留物的疲劳性能降低,影响疲劳性能的评估结果;原子力显微镜试验表明通过DHM蒸发方法制备的改性乳化沥青残留物,分子结构中O^(2-)和H^(+)发生了交换缩合反应,可能产生了化学胶结结构,进而影响了乳化沥青残留物疲劳性能的准确表征与评价。

沥青混合料疲劳自愈合研究综述

针对长期以来,沥青混合料的寿命预估过程中忽略自愈合特性的积极影响而低估其使用寿命问题,从愈合机理,疲劳愈合影响因素,疲劳愈合指标以及考虑愈合的疲劳寿命计算方法4个维度总结现有研究成果。从微观尺度出发解释了愈合的原理,从宏观尺度列举了五大疲劳愈合指标以及影响疲劳愈合的因素,并总结了常用的疲劳愈合试验方法。黏弹性连续损伤力学是研究沥青混合料疲劳性能的理想方法,因此,重点介绍了基于该力学框架下计算考虑愈合的疲劳寿命预估的2种方法,为后续定量预估考虑愈合的疲劳寿命奠定基础。研究结果表明:目前的研究多停留在定性分析,缺乏对愈合效应的定量评价。当下的疲劳愈合试验和实际路面主要为块休息间歇加载模式,虽节省时间,但和实际路面加载加载模式不符。因此,未来需建立试验和实际路面加载的联系,此外,由实验室材料的疲劳愈合预估转向路面的疲劳愈合预估将是未来研究的重点。