[發明專利]一種纖維瀝青混凝土黏彈性預測模型的構建方法

在審

• 申請號: 201710818139.0
• 申請日: 2017-09-12
• 公開（公告）號: CN107480835A
• 公開（公告）日: 2017-12-15
• 發明（設計）人: 徐勛倩;陳建平;徐勛偉;仇云強;張振;沙海洋;王琦;郭鑫峰;李朋昊
• 申請（專利權）人: 南通大學
• 主分類號: G06Q10/04
• 分類號: G06Q10/04;G06F17/50
• 代理公司: 北京一格知識產權代理事務所(普通合伙)11316
• 代理人: 滑春生

技術領域

本發明涉及一種預測模型的構建方法，具體涉及一種纖維瀝青混凝土黏彈性預測模型的構建方法。

背景技術

瀝青混凝土摻入纖維后抗蠕變、抗松弛性能可以得以改善，但材料的力學性能仍呈現粘彈性的特征，纖維增強瀝青混凝土(Fiber reinforced asphalt concrete-FRA)的力學性能除了決定于瀝青基體材料和纖維材料的材料特性外，還與纖維的體積分數、長徑比、纖維排列方式等幾何特征有關。

瀝青混凝土具有典型的穩態蠕變特性，材料的力學特性主要表現為粘彈性行為特征。常用的瀝青混凝土粘彈性模型有：三參數固體模型、三參數流體模型、四參數流體模型、四參數固體模型、廣義的Kelvin模型和廣義Maxwell等。四參數模型、廣義的Kelvin模型和廣義Maxwell粘彈性模型雖然能很好的表征瀝青混合料力學特性，但是由于其參數較多且求解參數過程比較復雜。三參數固體模型的參數少，參數的求解過程相對簡單，能較好的表征瀝青混合料的力學特性。

發明內容

本發明的目的在于針對現有技術的不足，現提供一種纖維瀝青混凝土黏彈性預測模型的構建方法。

為解決上述技術問題，本發明采用的技術方案為：一種纖維瀝青混凝土黏彈性預測模型的構建方法，其創新點在于：經過FRA材料模型的構建、FRA松弛模型與蠕變柔量的推導、車轍試驗響應分析、SMA-13黏彈性特征參數測定和對模型的有效值進行驗證步驟，完成纖維瀝青混凝土黏彈性預測模型的構建；具體步驟如下：

(1)FRA材料模型的構建：

A.三參數固定模型的構建：三參數固定模型由彈簧單元和Kelvin模型串聯組成，其本構方程為：

施加載荷

σ＝σ₀H(t) (2)

式中，σ₀為恒定壓力，H(t)為Heaviside函數，對式(2)進行拉普拉斯變換及其逆變換，得瀝青混凝土蠕變柔量F⁰(t)；

B.FRA體積單元：選用FRA體積單元，基體應力通過界面和端部傳遞給纖維，FRA表現出的材料特性為黏彈性，FRA的纖維長徑比和體積分數分別為m＝2l/d、v_f＝d²l/D²L，由幾何對稱性、邊界條件和荷載，將FRA模型簡化軸對稱形式，模型中瀝青混凝土彈性模量和黏壺粘度為E₁、E₂和η₂，纖維彈性模量為E₃；

C.FRA黏彈性模型：

當軸荷載作用于FRA體積單元兩端時，單元內的應力場可分為4個區域：區域Ⅰ-應力均勻，并受纖維保護的瀝青混凝土基體材料；區域Ⅱ-應力均勻，但不受纖維影響的瀝青混凝土基體材料；區域Ⅲ-應力均勻的纖維材料；區域Ⅳ-應力不均勻的過渡區，包括有纖維的根部以及其周圍的瀝青混凝土基體，隨著纖維長徑比的增大，區域Ⅳ相對尺寸不斷降低，甚至可忽略不計，因此，將FRA單元簡化為區域Ⅰ與區域Ⅲ并聯，同時與區域Ⅱ串聯，構造修正的FRA粘彈性模型；

FRA黏彈性模型各區域參數如下：

區域Ⅰ

區域Ⅱ

區域Ⅲ

式中，比半徑r＝a/b，比長度f＝l/L；

荷載作用下模型的應力、應變為：

σ＝σ_I+σ_III＝σ_II (4)

ε＝ε_I+ε_II＝ε_II+ε_III (5)

由式(1)得，區域Ⅰ本構方程：

區域Ⅱ本構方程：

區域Ⅲ本構方程：

對式(6-8)進行拉普拉斯變換，并代入式(4)和式(5)，得到FRA模型拉普拉斯空間內的本構方程：

對式(9)進行拉普拉斯逆變換，形成微分型本構方程：

(2)FRA松弛模型與蠕變柔量的推導:

將式(2)的拉普拉斯變換后，代入式(9)，得

對式(11)進行拉普拉斯逆變換，得：