沥青混合料裂纹发展过程的颗粒流模拟

为了在细观尺度下描述沥青混合料的裂纹发展行为,运用离散元程序PFC2D内置"Fish"语言,重构了沥青混合料非均质(集料、胶浆和空隙)多层次(矿料级配)结构虚拟试件,对虚拟试件微观组成成分之间的接触赋予了相应的微观接触模型,采用离散元方法实施了单边切口小梁虚拟3点弯曲试验,借助数字摄像法捕捉了室内小梁试件表面裂纹发展情况,在二维尺度下探索了沥青混合料的部分断裂机理。结果表明:虚拟试验得到的宏观断裂力学响应与室内试验结果的吻合度较好,仅采用试件单面图像信息构建模型进行力学性能预测缺乏可信度;虚拟试验模拟的二维裂纹扩展路径与室内数字摄影法结果较为相似,二者都体现出材料脆性断裂特点,二维模型往往夸大了粗集料在混合料断裂过程中的作用;基于离散元程序的裂纹扩展行为分析方法,可以作为研究沥青混凝土材料断裂行为的辅助手段。

沥青混合料三维细观数字试件的随机生成算法

为了真实反映沥青混合料内部非均质(集料、砂浆和空隙)多层次(矿料级配)结构特性,运用离散元程序PFC3D内置"Fish"语言,提出了模拟沥青混合料三维细观结构的随机生成算法。将粗集料颗粒的形态特征抽象为不规则形状多面体,提出了单个集料的随机切割生成算法;结合区域内多个集料的随机投放技术,实现了包含不规则形状粗集料、矿料级配、沥青砂浆组成以及空隙分布的沥青混合料三维离散元虚拟试件的随机生成。研究结果表明,该算法及程序操作简便,切实可行,为沥青混合料或其他矿物质混合料空间结构重构提供了一种新途径,有效缓解制备试件样本对实验室条件以及人力物力的依赖。