• ISSN 0258-2724
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超密实沥青混凝土Ⅰ - Ⅱ复合型裂纹扩展研究

杜健欢 任东亚 黄杨权 艾长发 邱延峻

杜健欢, 任东亚, 黄杨权, 艾长发, 邱延峻. 超密实沥青混凝土Ⅰ - Ⅱ复合型裂纹扩展研究[J]. 西南交通大学学报, 2021, 56(4): 864-871. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20190988
引用本文: 杜健欢, 任东亚, 黄杨权, 艾长发, 邱延峻. 超密实沥青混凝土Ⅰ - Ⅱ复合型裂纹扩展研究[J]. 西南交通大学学报, 2021, 56(4): 864-871. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20190988
DU Jianhuan, REN Dongya, HUANG Yangquan, AI Changfa, QIU Yanjun. Simulation of Ⅰ - Ⅱ Mixed Mode Cracking Behavior of Ultra-Dense Asphalt Concrete[J]. Journal of Southwest Jiaotong University, 2021, 56(4): 864-871. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20190988
Citation: DU Jianhuan, REN Dongya, HUANG Yangquan, AI Changfa, QIU Yanjun. Simulation of - Mixed Mode Cracking Behavior of Ultra-Dense Asphalt Concrete[J]. Journal of Southwest Jiaotong University, 2021, 56(4): 864-871. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20190988

超密实沥青混凝土Ⅰ - Ⅱ复合型裂纹扩展研究

doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20190988
基金项目: 国家自然科学基金面上项目(51778541),国家自然科学基金青年基金项目(51608457)
详细信息
    作者简介:

    杜健欢(1992—),男,博士研究生,研究方向为路面材料微观结构与力学行为分析,E-mail: dongyaren@swjtu.edu.cn

    通讯作者:

    任东亚(1985—),男,副教授,硕士生导师,研究方向为路面材料微观结构与力学行为、新型筑路材料及其性能,E-mail: dongyaren@swjtu.edu.cn

  • 中图分类号: U416.217

Simulation of - Mixed Mode Cracking Behavior of Ultra-Dense Asphalt Concrete

  • 摘要: 为了研究低温地区超密实型沥青混凝土内部Ⅰ - Ⅱ复合型微裂纹扩展规律,基于Eshelby等效夹杂理论和最大周向应力断裂准则,建立了当复合型裂纹发生失稳型扩展时其内部微裂纹偏转角β与应力场之间的关系,并确定了扩展方向;建立沥青混凝土细观离散元模型,考虑沥青混凝土的黏弹性,分析了内部微裂纹β对复合裂纹扩展的影响规律. 研究结果表明:对二维平面问题,β的变化主要引起裂纹在沥青混凝土中分布状态的变化,在极大程度上造成了沥青混凝土的宏观有效弹性模量和剪切模量在时域内的减小;在常荷载作用下,β的增大造成了宏观裂纹孕育和扩展历程的缩短,还致使复合型裂纹由Ⅰ型裂纹逐渐转变为Ⅱ型裂纹;β的增大不仅使裂尖域内应力场发生一定偏转,而且导致裂尖域内应力场和衰坏区的减小.

     

  • 图 1  RVE单元薄椭圆形裂纹缺陷示意

    Figure 1.  Schematic diagram of the RVE unit thin elliptica crack defect

    图 2  计算结果拟合曲线

    Figure 2.  Fitting curve of calculation results

    图 3  E'/E与参数pβ的关系

    Figure 3.  Relationship between effective modulus and parameters p and β

    图 4  IDT虚拟试验示意

    Figure 4.  Schematic diagram of IDT virtual test

    图 5  沥青混合料细观结构

    Figure 5.  Meso-structure of asphalt mixtrue

    图 6  裂纹扩展过程

    Figure 6.  Process of crack propagation

    图 7  含复合型裂纹沥青混合料的断裂韧度曲线

    Figure 7.  Fracture toughness curve of aspahlt mixture with composite crack

    图 8  不同β对初始裂尖应力场的影响

    Figure 8.  Effect of different crack deflection angles β on stress and initial stress filed of crack tip

    图 9  不同裂纹β对裂尖衰坏区影响

    Figure 9.  Effect of different crack deflection angles β on failure zone of crack tip

    表  1  超密实型沥青混凝土级配

    Table  1.   Gradation of Ultra-dense asphalt concrete

    筛孔尺寸/mm16.013.29.54.752.361.180.600.300.150.075
    通过率/%100.097.584.062.542.532.024.015.511.06.0
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    表  2  Burgers模型宏观参数

    Table  2.   Macroscopic parameters of Burgers model

    参数E1/MPaE2/MPaη1/(MPa•s)η2/(MPa•s)
    取值0.5860.368108.11228.135
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    表  3  Burgers模型微观参数

    Table  3.   Microscopic parameters of Burgers model

    参数Kkn/(× 103 Pa•m)Ckn/(× 105 Pa•m•s)Kmn/(× 103 Pa•m)Cmn/(× 105 Pa•m•s)
    取值 1.47 1.13 2.34 4.32
    参数 Kks/(× 105 Pa•m) Cks/(× 104 Pa•m•s) Kms/(× 103 Pa•m) Cms/(× 105 Pa•m•s)
    取值 5.89 4.50 1.56 1.73
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    表  4  裂纹扩展过程中的相关参数

    Table  4.   Parameters related to crack propagation

    β/(°)阶段Ⅰ阶段Ⅱ阶段Ⅲθ0/(°)应力强度因子/(MPa•mm1/2
    裂纹数量/条Δλ裂纹数量/条Δλ裂纹数量/条KK
    014.389 87160.264 1359302210.860.120
    22.514.360 40310.253 6046225.92129.32415.130
    45.014.358 98370.250 0244644.21836.62853.565
    67.514.354 11520.188 8938863.21454.091171.250
    90.014.349 15660.173 8535590.00.111928.300
    注:Δλ为裂纹孕育阶段经历时间对数,即第一条微裂纹出现时间;Δλ为裂纹快速扩展阶段经历时间对数,即初始裂纹出现到裂纹发生快速增长经历的时间;KK分别为Ⅰ、Ⅱ型裂纹的应力强度因子.
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出版历程
  • 收稿日期:  2019-10-14
  • 修回日期:  2019-12-25
  • 网络出版日期:  2021-01-25
  • 刊出日期:  2021-08-15

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