基于離散元的瀝青混合料空間結(jié)構(gòu)形成過程研究.pdf

1、瀝青混合料是由集料、瀝青膠結(jié)料及空隙組成的多相體系的材料。瀝青混合料的力學(xué)強(qiáng)度與集料顆粒的分布和集料間的接觸狀態(tài)等空間結(jié)構(gòu)特征直接相關(guān)。瀝青混合料的空間結(jié)構(gòu)形成很大程度上取決于壓實(shí)成型過程，如何保證瀝青混合料的充分壓實(shí)是道路工作者關(guān)注的問題。論文通過PFC3D構(gòu)建三維混合料壓實(shí)模型，從細(xì)觀結(jié)構(gòu)層次對混合料的空間結(jié)構(gòu)形成過程進(jìn)行了研究，主要內(nèi)容如下:
　　首先，針對已有的不規(guī)則多面體隨機(jī)切割算法導(dǎo)致集料的尺寸不能與實(shí)際集料建立關(guān)系的

2、缺點(diǎn)，提出了一種基于不規(guī)則多面體隨機(jī)切割改進(jìn)算法。該算法關(guān)鍵步驟是在生成級配圓球時(shí)，適當(dāng)擴(kuò)大集料的半徑，避免切割時(shí)三維尺寸的減小。為了進(jìn)一步驗(yàn)證集料尺寸的準(zhǔn)確性，根據(jù)室內(nèi)集料篩分試驗(yàn)原理，建立了不規(guī)則集料的離散元振動篩模型。以AC-20為例研究了瀝青混合料虛擬試件的裝配過程，實(shí)現(xiàn)了瀝青混合料的可視化，為混合料壓實(shí)機(jī)理及細(xì)觀力學(xué)響應(yīng)研究奠定了基礎(chǔ)。
　　其次，根據(jù)PFC3D細(xì)觀接觸模型的特點(diǎn)，選取了適合瀝青混合料內(nèi)部各相材料的接觸模

3、型。在系統(tǒng)分析已選取細(xì)觀接觸模型參數(shù)的基礎(chǔ)上，建立了混合料內(nèi)部宏觀試驗(yàn)參數(shù)與細(xì)觀模型參數(shù)的關(guān)系?；跁r(shí)間-溫度等效原理通過室內(nèi)試驗(yàn)獲得了混合料對應(yīng)的細(xì)觀參數(shù)，為數(shù)值仿真提供了材料參數(shù)。
　　再次，在已生成不規(guī)則三維虛擬離散元集料和確定的材料細(xì)觀參數(shù)基礎(chǔ)上，建立了粗集料的三維離散元模型，且通過室內(nèi)試驗(yàn)驗(yàn)證模型的合理性，將細(xì)觀指標(biāo)與宏觀指標(biāo)相結(jié)合，研究集料在壓實(shí)過程的演化規(guī)律，探討剛度、最大公稱粒徑和級配類型對集料運(yùn)動規(guī)律的影響，并以

4、成型的試件為基礎(chǔ)，通過三軸虛擬試驗(yàn)評價(jià)了集料的力學(xué)性能。為進(jìn)一步研究瀝青混合料的細(xì)觀壓實(shí)機(jī)理和力學(xué)性能提供了基礎(chǔ)，對基于細(xì)觀瀝青混合料的設(shè)計(jì)方法及其它成型方式有一定的借鑒作用。
　　接著，采用離散元法建立了瀝青混合料室內(nèi)壓實(shí)模型，研究了集料的空間位置的變化、轉(zhuǎn)動與平動速度、瀝青混合料內(nèi)部接觸力與接觸數(shù)等情況。從細(xì)觀層次探索了瀝青混合料空間結(jié)構(gòu)形成過程，為深入研究其它壓實(shí)類型和現(xiàn)場路面壓實(shí)提供了參考。
　　最后，根據(jù)離散元虛擬