瀝青混凝土的細(xì)觀力學(xué)模型及數(shù)值模擬.pdf

1、瀝青混凝土是一種典型的多相復(fù)合材料，在低溫或荷載速率較高的狀態(tài)下呈現(xiàn)彈性特征，而在高溫及高應(yīng)力等環(huán)境下顯現(xiàn)出明顯的粘彈性。目前，我國對瀝青混凝土材料性質(zhì)的研究仍舊主要采用經(jīng)驗與試驗相結(jié)合的研究方式。而這種傳統(tǒng)的研究方式無法反映出瀝青混凝土的內(nèi)部細(xì)觀結(jié)構(gòu)對整體宏觀性能的影響，且費時費力。為了能夠循序漸進(jìn)地進(jìn)行系統(tǒng)研究，本文采用由面到點的方法，即先對復(fù)合材料這一涉及范圍較廣的材料進(jìn)行研究，然后進(jìn)一步分析瀝青混凝土材料，以期揭示材料的每一組成

2、成分在整體材料中所起到的物理機制。
　　 首先，引入快速多極邊界元法(FMBEM)的概念，實現(xiàn)了具有多種不同類型夾雜的復(fù)合材料二維彈性問題的快速多極邊界元分析。在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步考慮弱界面的影響，利用彈簧型界面模型及中間層模型，給出了相應(yīng)的FMBEM基本列式及編程方法。同時，基于廣義自洽模型及多步驟方法，給出了能夠預(yù)報具有多種夾雜及弱界面的復(fù)合材料有效宏觀性能的細(xì)觀力學(xué)預(yù)測模型。
　　 其次，通過彈性-粘彈性對應(yīng)原理及時間

3、步長法，給出了多夾雜增強復(fù)合材料粘彈性問題的FMBEM算法。在此基礎(chǔ)上，引入Kelvin型粘彈性界面，進(jìn)一步得到了具有弱界面的粘彈性FMBEM算法。此外，基于有效夾雜性質(zhì)的概念給出了具有Kelvin型粘彈性界面的粘彈性復(fù)合材料細(xì)觀力學(xué)方法。
　　 再次，將上述得到的研究復(fù)合材料彈性及粘彈性的數(shù)值及解析方法具體應(yīng)用到瀝青混凝土材料的研究中。通過數(shù)字圖形處理技術(shù)，真實再現(xiàn)瀝青混凝土試件的二維幾何模型。利用已實現(xiàn)的FMBEM算法，對瀝

4、青混凝土材料的彈性模量及蠕變特性進(jìn)行了數(shù)值模擬。同時，利用已建立起來的細(xì)觀力學(xué)模型對其彈性模量進(jìn)行預(yù)測。通過數(shù)值及解析方法的分析，探討了瀝青膠漿（細(xì)集料+瀝青）、粗集料、空隙率及空隙大小、級配、最大粒徑、瀝青膠漿與集料的交界面等對瀝青混凝土宏觀性能的影響。
　　 最后，利用傅立葉變換法給出了電磁彈平面問題的基本解，并開發(fā)了相應(yīng)的FMBEM算法。通過數(shù)值算例可以看出，本方法可進(jìn)一步應(yīng)用于智能混凝土材料的數(shù)值模擬。
　　 研