基于权函数法的沥青混合料预切口小梁的断裂理论与裂纹扩展试验的研究

为研究沥青面层底部裂缝的应力状态和扩展规律,基于权函数法对含单边裂纹的矩形板权函数进行了理论推导,基于切口小梁的试验模型和单边预切口小梁的三点弯曲试验,研究Ⅰ-Ⅱ型应力强度因子、Ⅰ-Ⅱ复合型断裂判据和裂纹在沥青混合料中的扩展变化规律。结果表明:相同的荷载作用下,切口越靠近加载点,Ⅰ型应力强度因子和最大能量释放率越大,Ⅱ型应力强度因子和开裂角越小;切口越长,最大能量释放率越大,小梁越容易开裂;在切口不对称的情况下对小梁加载出现了Ⅰ-Ⅱ复合型开裂,且起裂荷载随着切口偏离加载点距离的增大而增大。通过理论计算与数值模拟结果的对比,使用权函数法计算小梁Ⅰ-Ⅱ复合型裂纹应力强度因子具有良好的精度。

预切口沥青混合料小梁疲劳试验研究

沥青路面在初始裂纹形成后的裂纹扩展规律对于沥青路面的设计和养护具有重要的理论与实践意义。基于疲劳断裂力学原理,对沥青混合料小梁进行了疲劳裂纹扩展试验,研究了复合型裂纹的扩展规律。结果显示,对于I-II复合型裂纹,扩展初期表现出复合裂纹扩展特性,随着裂纹的继续扩展,表现出I型裂纹特征;随着预切口到加载中心距离的增大,沥青混合料小梁的疲劳寿命增大;对于连续级配沥青混合料,最大粒径越大,小梁的疲劳寿命越长。

预切口沥青混合料小梁疲劳试验

沥青路面在初始裂纹形成后的裂纹扩展规律对于沥青路面的设计和养护具有重要的理论与实践意义。本试验采用疲劳荷载加载模式,进行预切口小梁疲劳断裂试验,其结果显示为,对于I-II复合型裂纹的扩展初期表现出复合裂纹扩展特性,随着裂纹的继续扩展,表现出I型裂纹特征,随着预切口到加载中心距离的增大,沥青混合料小梁的疲劳寿命增大;对于连续级配沥青混合料,最大粒径越大,小梁的疲劳寿命越长。

基于扩展有限元法的应变硬化材料ECC的断裂破坏仿真分析

在Abaqus平台上采用扩展有限元方法(Extended Finite Element Method,XFEM),对ECC(Engineered Cementitious Composites)应变硬化材料,采用3点弯曲切口梁模拟结构的裂纹扩展情况以及缝端的应力-应变分布情况,将计算结果与试验结果进行比较,验证XFEM在模拟应变硬化材料裂缝扩展方面的有效性和准确性.结果表明,模拟结果可以为全桥、半桥应变片的粘贴位置提供更为精确的指导;XFEM法可以模拟ECC的裂缝扩展过程,并预测ECC裂缝扩展长度的大小,但XEFM未能模拟出多裂纹的扩展过程,导致仿真结果比实验结果偏小;模拟得到的起裂荷载和峰值荷载与试验结果较为接近,而峰值荷载与试验结果的误差仅为7.56%,为应变硬化材料实际带裂纹工作的工程问题提供了解决问题的方法.最后,提出利用能量的概念来评价ECC的应变硬化程度更为合理.