[發明專利]一種基于離散元的鋼橋面鋪裝層間剪切試驗模擬方法

有效

• 申請號: 201810028832.2
• 申請日: 2018-01-12
• 公開（公告）號: CN109001049B
• 公開（公告）日: 2020-07-28
• 發明（設計）人: 劉云;徐恭圣
• 申請（專利權）人: 河海大學
• 主分類號: G01N3/24
• 分類號: G01N3/24;G06F30/20;G06F30/13
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 張惠忠

1.一種基于離散元的鋼橋面鋪裝層間剪切試驗模擬方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟1：用PFC3D軟件中的“wall”命令生成給定的瀝青鋪裝層區域，根據粗集料模型構建方法，在瀝青鋪裝層區域投放粗集料顆粒；

步驟2：在瀝青鋪裝層區域內按矩形排列方式，規則地生成若干個粗集料顆粒，填滿整個區域，通過FISH編程判斷顆粒單元是否屬于粗集料顆粒，如果是，則識別為粗集料顆粒，否則識別為瀝青砂漿顆粒，并根據空隙模型構建方法，刪除其中的瀝青砂漿顆粒，形成瀝青鋪裝層的空隙單元，從而生成瀝青鋪裝層模型；

步驟3：用“wall”命令生成給定的鋼板區域，按矩形排列方式規則地生成若干個鋼板顆粒構成鋼板模型，并且與生成的瀝青鋪裝層模型組合成為鋼橋面鋪裝復合試件模型；

步驟4：對鋼橋面鋪裝復合試件模型中的粗集料顆粒內部、瀝青砂漿顆粒內部、鋼板顆粒內部、粗集料顆粒與瀝青砂漿顆粒之間、粗集料顆粒與鋼板顆粒之間、瀝青砂漿顆粒與鋼板顆粒之間賦予相應的接觸類型，并且通過相應的本構模型表示，粗集料顆粒內部的接觸類型采用線彈性模型表示，瀝青砂漿顆粒內部的接觸類型采用伯格斯模型和接觸粘結模型表示、粗集料顆粒與瀝青砂漿顆粒之間接觸類型采用伯格斯模型和接觸粘結模型表示；鋼板顆粒內部的接觸類型采用線彈性模型表示；粗集料顆粒與鋼板顆粒之間的接觸類型采用線彈性模型和平行粘結模型表示、瀝青砂漿顆粒與鋼板顆粒之間的接觸類型采用伯格斯模型和平行粘結模型表示；

步驟5：把瀝青鋪裝層模型中的粗集料顆粒與鋼板顆粒直接接觸的顆粒數占瀝青鋪裝層模型中所有與鋼板模型直接接觸的總顆粒數的百分比作為第一類層間接觸的參數，把此參數定義為層間粗糙度，通過FISH編程控制粗集料顆粒與鋼板顆粒接觸顆粒單元的百分比值，最終生成多個不同層間粗糙度的鋼橋面鋪裝復合試件模型；把瀝青鋪裝層模型中直接與鋼板模型接觸的空隙單元數占層間鋼板顆?？倲档陌俜直茸鳛榈诙悓娱g接觸的參數，并且把此參數定義為層間氣泡，通過FISH編程隨機刪除其中的瀝青鋪裝層模型中與鋼板顆粒直接接觸顆粒單元中50、100或200個數量的瀝青砂漿顆粒，最終生成多個不同層間氣泡的鋼橋面鋪裝復合試件模型；

步驟6：通過墻體對形成的不同層間接觸裝卸的鋼橋面鋪裝復合試件模型進行剪切，通過FISH編程采集剪應力和剪切位移變量信息，繪制剪切-位移曲線，并對層間裂紋的發展、層間顆粒的接觸力和位移的變量信息進行跟蹤。

2.根據權利要求1所述基于離散元的鋼橋面鋪裝層間剪切試驗模擬方法，其特征在于，所述步驟1中瀝青鋪裝層區域尺寸為95mm×95mm×60mm。

3.根據權利要求1所述基于離散元的鋼橋面鋪裝層間剪切試驗模擬方法，其特征在于，所述步驟2中根據顆粒單元粒徑，將小于2.36mm的顆粒單元作為瀝青砂漿顆粒，將大于或等于2.36mm的顆粒單元作為粗集料顆粒。

4.根據權利要求1所述基于離散元的鋼橋面鋪裝層間剪切試驗模擬方法，其特征在于，所述步驟2中生成空隙單元的方法是根據孔隙率計算出需要刪除的顆粒單元的數量，然后通過FISH編程隨機在砂漿單元中將其刪除，作為瀝青鋪裝層的空隙單元。

5.根據權利要求1所述基于離散元的鋼橋面鋪裝層間剪切試驗模擬方法，其特征在于，所述步驟3中鋼板區域尺寸為95mm×95mm×10mm。

6.根據權利要求1所述基于離散元的鋼橋面鋪裝層間剪切試驗模擬方法，其特征在于，所述步驟3中鋼板顆粒的粒徑與瀝青鋪裝層的空隙單元的顆粒單元粒徑保持一致。

7.根據權利要求1所述基于離散元的鋼橋面鋪裝層間剪切試驗模擬方法，其特征在于，所述步驟5中多個層間粗糙度有三個，分別取值為20%、25%、30%，同時與三個層間粗糙度對應的層間氣泡統一取值為0%。

8.根據權利要求1所述基于離散元的鋼橋面鋪裝層間剪切試驗模擬方法，其特征在于，所述步驟5中多個層間氣泡有三個，分別取值為2%、4%、8%，同時與三個層間氣泡對應的層間粗糙度統一取值為15%。

9.根據權利要求1所述基于離散元的鋼橋面鋪裝層間剪切試驗模擬方法，其特征在于，所述步驟6中剪切時，固定模型中組成鋼板模型的所有顆粒單元，用約束墻體約束瀝青鋪裝層模型垂直于y軸的兩側，通過加載墻體沿著x軸對鋪裝層施加一個剪切荷載，加載速度恒定為50mm/min。