[發明專利]一種基于車轍力學模型的瀝青混合料路面車轍預估方法

在審

• 申請號: 202110751708.0
• 申請日: 2021-07-02
• 公開（公告）號: CN113486510A
• 公開（公告）日: 2021-10-08
• 發明（設計）人: 曹瑋;但漢成;杜銀飛
• 申請（專利權）人: 中南大學
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G06F119/14
• 代理公司: 重慶市信立達專利代理事務所(普通合伙) 50230
• 代理人: 劉潔

1.一種基于車轍力學模型的瀝青混合料路面車轍預估方法，其特征在于，包括：

S1、建立考慮時間、加載歷史依賴性及圍壓依賴性的車轍力學模型；

S2、根據目標路面內豎向壓應力脈沖和所述車轍力學模型，預估目標路面車轍深度；

所述車轍力學模型的表達式為：

式(1)中，ε_vp(t)為黏塑性應變，D_vp(t)是黏塑性蠕變柔量方程；σ_d是偏應力，在三軸應力狀態下有σ_d＝σ₁-σ₃，σ₁為軸向應力，σ₃為圍壓；t表示時間，ξ是時間的積分變量，表示Macaulay括號，用以確保黏塑性形變的不可逆性；

所述豎向壓應力脈沖包括若干加載循環，每個加載循環包括一個半正弦壓力脈沖及一段間歇時長。

2.根據權利要求1所述的一種基于車轍力學模型的瀝青混合料路面車轍預估方法，其特征在于：所述D_vp(t)由Prony序列表征，表達式為：

式(2)中，N為Prony序列的項數，D₀、D_j、τ_j是黏塑性柔量參數，分別表示瞬時蠕變柔量、各柔量分量及對應特征延遲時間。

3.根據權利要求2所述的一種基于車轍力學模型的瀝青混合料路面車轍預估方法，其特征在于，所述D_vp(t)由Prony序列表征的黏塑性松弛模量E_vp(t)通過求解矩陣方程計算得到；

所述Prony序列表征的黏塑性松弛模量的表達式為：

式(3)中，M為Prony序列的項數，E_∞、E_i、ρ_i是黏塑性松弛參數，分別表示長時松弛模量、各模量分量及對應特征松弛時間，且黏塑性松弛譜符合對數正態分布：

式(4)中，x_i＝ln(ρ_i/ρ_m)，ρ_m表示平均松弛時間，ΔE_vp和分別衡量該對數正態分布的高度和寬度；

所述矩陣方程的表達式為：

A_kjD_j＝Q_k (5)

式(5)中，k＝1,2,…p,p是配置法(collocation method)中事先確定的時間節點數；

4.根據權利要求3所述的一種基于車轍力學模型的瀝青混合料路面車轍預估方法，其特征在于，所述步驟S2中，根據目標路面內豎向壓應力脈沖和所述車轍力學模型，預估目標路面車轍深度，具體包括：

首個循環中的加載階段：初始條件為t＝0，σ_d(0)＝0，ε_vp(0)＝0，黏塑性應變ε_vp的迭代計算方法為，假定第n個時間步的黏塑性應變已知，則有

式(9)中，第n+1個時間步的狀態量R_j的迭代計算式為

其中，σ_d為外部偏應力荷載，σ_int為表征路面材料塑性硬化的內應力，t為時間，有：

循環中的卸載和間歇階段：黏塑性應變ε_vp(t)維持不變，內應力σ_int的計算式如下：

其中，狀態量R_j的迭代計算式為：

首個循環后的加載階段：

當外部荷載σ_d小于或等于內應力σ_int時，黏塑性應變ε_vp(t)維持不變，內應力σ_int按式(12)至式(14)計算；

當外部荷載σ_d大于內應力σ_int時，即在第n和n+1時間步，滿足如下關系：

則第n+1時間步的黏塑性應變ε_vp(t)按式(9)計算，但其中狀態量R_j的迭代計算式為：

內應力σ_int的演變與偏應力荷載保持一致，即