瀝青混凝土的細觀力學模型及數值模擬.pdf

1、瀝青混凝土是一種典型的多相復合材料，在低溫或荷載速率較高的狀態(tài)下呈現彈性特征，而在高溫及高應力等環(huán)境下顯現出明顯的粘彈性。目前，我國對瀝青混凝土材料性質的研究仍舊主要采用經驗與試驗相結合的研究方式。而這種傳統的研究方式無法反映出瀝青混凝土的內部細觀結構對整體宏觀性能的影響，且費時費力。為了能夠循序漸進地進行系統研究，本文采用由面到點的方法，即先對復合材料這一涉及范圍較廣的材料進行研究，然后進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，實現了具有多種不同類型夾雜的復合材料二維彈性問題的快速多極邊界元分析。在此基礎上進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，給出了能夠預報具有多種夾雜及弱界面的復合材料有效宏觀性能的細觀力學預測模型。
　　 其次，通過彈性-粘彈性對應原理及時間

3、步長法，給出了多夾雜增強復合材料粘彈性問題的FMBEM算法。在此基礎上，引入Kelvin型粘彈性界面，進一步得到了具有弱界面的粘彈性FMBEM算法。此外，基于有效夾雜性質的概念給出了具有Kelvin型粘彈性界面的粘彈性復合材料細觀力學方法。
　　 再次，將上述得到的研究復合材料彈性及粘彈性的數值及解析方法具體應用到瀝青混凝土材料的研究中。通過數字圖形處理技術，真實再現瀝青混凝土試件的二維幾何模型。利用已實現的FMBEM算法，對瀝

4、青混凝土材料的彈性模量及蠕變特性進行了數值模擬。同時，利用已建立起來的細觀力學模型對其彈性模量進行預測。通過數值及解析方法的分析，探討了瀝青膠漿（細集料+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)了相應的FMBEM算法。通過數值算例可以看出，本方法可進一步應用于智能混凝土材料的數值模擬。
　　 研