沥青混合料非线性粘弹性本构关系研究
《Superpave沥青混合料动态黏弹性模型及约束试件温度应力试验研究》范文
《Superpave沥青混合料动态黏弹性模型及约束试件温度应力试验研究》篇一一、引言随着交通基础设施的快速发展，沥青混合料因其良好的路用性能和耐久性，在道路建设中得到了广泛应用。
Superpave沥青混合料作为一种新型的、高性能的沥青混合料，其动态黏弹性特性及温度应力性能研究显得尤为重要。
本文旨在研究Superpave沥青混合料的动态黏弹性模型，并探讨约束试件在温度应力作用下的响应特性，为Superpave沥青混合料在实际工程中的应用提供理论依据和实验支持。
二、Superpave沥青混合料动态黏弹性模型2.1 动态黏弹性基本概念动态黏弹性是材料在周期性应力作用下的响应特性，反映了材料的黏性和弹性成分。
对于沥青混合料而言，其动态黏弹性性能直接影响到路面的耐久性和使用性能。
2.2 Superpave沥青混合料动态黏弹性模型建立通过实验手段，如动态剪切流变试验（DSR），可以获取Superpave沥青混合料的复数剪切模量和相位角等动态黏弹性参数。
基于这些参数，结合材料力学理论，可以建立Superpave沥青混合料的动态黏弹性模型。
该模型能够较好地反映Superpave沥青混合料在荷载作用下的黏弹性能。
三、约束试件温度应力试验研究3.1 试验方法与原理约束试件温度应力试验是一种模拟实际路面的温度应力环境，通过在试件上施加温度变化，观察其应力响应的试验方法。
该方法能够有效地反映Superpave沥青混合料在温度变化下的应力响应特性。
3.2 试验过程与结果分析在试验过程中，通过控制试件的温度变化，记录其应力响应数据。
通过对数据的分析，可以得出Superpave沥青混合料在温度应力作用下的变形、开裂等性能指标。
同时，结合动态黏弹性模型，可以进一步探讨温度应力对Superpave沥青混合料性能的影响机制。
四、结果与讨论4.1 动态黏弹性模型应用通过建立的动态黏弹性模型，可以预测Superpave沥青混合料在荷载作用下的黏弹性能。
沥青混和料的粘弹性疲劳本构模型的研究的开题报告
沥青混和料的粘弹性疲劳本构模型的研究的开题报告标题：沥青混和料的粘弹性疲劳本构模型的研究一、研究背景与意义随着交通运输的迅速发展，道路的建设和维护成为一个国家基础设施建设的重要分支。
作为道路的重要构成部分，沥青混合料的性能对道路的耐久性和使用寿命有着至关重要的影响。
而沥青混合料在不断地受到车辆荷载、气候环境等外界条件的作用下，难免会发生各种形式的疲劳损伤，这也就需要深入研究沥青混合料的疲劳性能及其本构关系。
在目前的学术研究中，沥青混合料的疲劳本构模型是一个重要的研究内容。
通过建立具有理论基础和实际应用价值的粘弹性疲劳本构模型，可以为沥青混合料的工程设计和材料选用提供更为科学的依据。
二、研究内容和方法1. 研究内容本研究的主要内容是：（1）沥青混合料疲劳本构模型的概述和分类，并结合国内外已有的相关研究成果，总结各种模型的适用范围及优缺点；（2）通过实验测试，获取不同种类的沥青混合料在不同温度和荷载条件下的疲劳试验数据，并进行分析和处理；（3）利用基于粘弹性理论的本构模型，建立沥青混合料的粘弹性疲劳本构模型，并采用数值计算方法对其进行验证和优化。
2. 研究方法本研究采用实验测试和理论计算相结合的方法，具体步骤如下：（1）实验测试：选择不同种类的沥青混合料，分别进行疲劳试验，并测量不同温度下的弹性模量、剪切模量、疲劳寿命等指标；（2）数据分析：对实验测试数据进行分析和处理，研究沥青混合料的疲劳特性和规律；（3）本构模型建立：基于粘弹性理论，建立沥青混合料的粘弹性疲劳本构模型，并通过结合实验测试数据对模型进行优化和验证；（4）数值计算：利用已建立的本构模型，开展数值计算实验，对实验数据和计算结果进行对比分析。
三、预期成果和意义通过本研究的实验测试和理论模型建立，可以获得以下预期成果：（1）根据粘弹性理论，建立沥青混合料的粘弹性疲劳本构模型，实现对其疲劳性能的预测和分析；（2）深入研究沥青混合料的疲劳性能及其本构关系，为道路工程设计和材料选用提供科学依据；（3）积累和整理沥青混合料疲劳试验数据，为相关领域的学术研究提供参考资料。
沥青混合料分数导数粘弹性本构关系研究
的 拟 合 效 果较 差 ，不 适 宜 用 来模 拟 沥 青 混合 料 的 动 态 粘 弹 性 能 。 鉴 于 目前 的 本 构 关 系 不 能 很 好 的 表 证 沥 青 混 合 料 的 动 态 粘 弹性 能 ，采 用 分数 导数 三 元件 固体模 型 对 沥 青 混合 料 动 态 粘 弹性 进 行 研 究 ，并 对拟 合 效 果 进 行 分析 。
分数导数三元件 固体模型的拟合效果较 好 ，且确定模 型 实验参 数 少，得到 的拟合参 数具有 一定的物理 意 义，分
数 导数 的阶数 ｄ与相 位角的相 关性较好 ，很好 的体现 沥青混合料 的粘弹 比例 ，从 而能 够精 确地描 述沥青 混合 料
的 动 态 粘 弹性 能
关键词 ：沥青混合料 ；粘 弹性 ；本 构关 系；动 态模量
目前对沥青混合料的粘弹性本构关件主要是用来描述沥青混合料在静载作用下的本系研究较多提出各种粘弹性本构模型来模拟沥青构行为在蠕变和松弛的初期与实验数据不能很好混合料的力学行为如kelvin固体模型maxwell吻合很少考虑到沥青混合料的动态性能因而不流体模型标准线性固体模型burgers模型修能真实地反映沥青路面的实际行为特性
（ 京 林业 大学 ，南 京 南 ２０ ３ ） １０ ７
摘
要 ：从 分数 阶导数的定义 出发 ，提 出采用分数阶微 积分 来描 述沥青 混合料 的分数阶 导数型粘 弹性本构
关 系这一独特的新思路。通过对沥青混合料进行 Ｓ Ｔ动态模量试 验测 出沥青混合料 的动 态模 量和相 位 角，并对 Ｐ
试 验 结 果 分 别 采 用 经 典 Ｋ ｌ ｎ模 型 、Ｍ ｘ ｅ 模 型 和 三 元 件 固体 模 型 进 行 拟 合 。 结 果 表 明 ，经 典 粘 弹性 本 构模 型 ｅｖ ｉ ａｗ ｌ ｌ
沥青与沥青混合料的粘弹力学原理及应用
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沥青混合料粘弹塑性本构模型的实验研究
沥青混合料粘弹塑性本构模型的实验研究沥青混凝土路面是近年来高速公路广泛采用的一种结构形式,随着公路运输量日益增长和运输向重型方向发展,路面破坏日趋严重。
进行沥青混合料本构模型的研究,对掌握路面变形规律,预测路面结构永久变形大小,预防和抑制路面损害具有十分重要的意义。
文章针对沥青混合料单轴压缩、蠕变和恢复等力学特性,在实验基础上,结合理论和数值拟合分析,建立了沥青混合料不同形式的粘弹塑性本构模型,提出了模型参数确定方法,讨论了加载应力和环境温度对混合料力学行为的影响,并将模型预测结果与实验结果进行了比较,最后还初步分析了集料级配对沥青混合料力学行为的影响。
主要内容包括:(1)提出并建立了沥青砂微分型粘弹塑性本构模型。
依据沥青砂蠕变特性,将总变形分解为粘弹性、粘塑性二种分量,采用Burgers模型描述粘弹性变形,采用滑块与粘壶并联模型描述粘塑性变形,然后加以组合,提出了基于二变形分量的粘弹塑性本构模型;进一步细分,将总变形分解为粘弹性、粘塑性和弹塑性三种分量,分别采用不同子模型描述上述分量,然后组合这些子模型,提出了基于三变形分量的粘弹塑性本构模型。
基于较优模型,利用实验数据建立了参数与环境温度和加载应力的函数表达式,通过模型预测与实验结果的比较,证实模型可以较好地描述沥青砂三个蠕变阶段的变形特点。
(2)提出并建立了沥青砂、沥青混合料积分型粘弹塑性本构模型。
将总变形分解为粘弹性和粘塑性变形,分别采用Schapery非线性模型描述粘弹性变形,采用Uzan模型描述粘塑形变形,提出了改进的Schapery积分模型,建立了积分型的非线性粘弹塑性本构关系,提出了非线性参数的实验确定方法,分别采用蠕变回复实验确定粘弹性参数,采用多次循环蠕变回复实验确定粘塑性参数,并假定蠕变柔量为时间的指数函数,利用得到的模型预测了沥青砂和混合料在不同应力作用下的蠕变变形,通过与Schapery模型预测结果的对比发现,改进的Schapery 模型与实验结果的吻合程度更好。
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2010年 5月郑州大学学报(工学版)May 2010第31卷 第3期Journal of Zhengzhou University (Engineering Science )Vol 131 No 13 收稿日期:2009-12-13;修订日期:2010-01-04 基金项目:西部交通建设科技资助项目(200623182812221) 作者简介:栗培龙(1980-),男,江苏邳州人,长安大学讲师,博士,主要从事路面结构与材料方面的研究,E 2mail:peil ong_li@. 文章编号:1671-6833(2010)03-0096-05沥青混合料黏弹性响应影响因素分析栗培龙,张争奇,王秉纲(长安大学特殊地区公路工程教育部重点实验室,陕西西安710064)摘 要:选择3种级配的沥青混合料进行不同温度和应力水平的蠕变试验,根据应力应变关系得到的蠕变柔量曲线获取Burgers 黏弹性模型参数,分析温度、应力水平、矿料级配以及老化作用对沥青混合料黏弹性的影响.结果表明,随着温度的升高,3种沥青混合料的E 1、η1、E 2、η24个参数总体不断降低,即沥青混合料软化、模量减小,但不同温度下3种混合料的黏弹性参数排序并不相同;应力水平对沥青混合料的黏弹性能有显著影响,处于中间荷载水平0.5MPa 时4个黏弹性参数的区分度最大,但不同级配的沥青混合料对应力水平的响应存在差异,公称最大粒径相近的混合料的某些黏弹性参数变化趋势较一致;老化是沥青混合料黏弹性变化的重要原因,但短期老化和长期老化的影响并不相同.关键词:沥青混合料;黏弹性响应;影响因素;老化中图分类号:U414.75 文献标识码:A0 引言沥青混合料的黏弹性与沥青路面的车辙、开裂、疲劳等病害有着密切关联,因此沥青混合料的黏弹性响应受到国内外道路研究者的关注[1].L ittle [2]采用黏弹性模型模拟沥青混合料蠕变试验;Chang [3]指出Burgers 模型可以较好地模拟沥青混合料的微细观力学性能;Sch wartz [4]进行了相同荷载、25℃到45℃温度下的蠕变试验,并获取黏弹性参数;关宏信[5]推导了沥青混合料疲劳损伤演化的黏弹性疲劳损伤模型;周志刚[6]根据动蠕变试验推导出了黏弹性参数,并讨论了模型参数与车辙动稳定度之间的关系.但以往的研究偏重于对沥青混合料黏弹性某一方面的讨论,对不同影响因素缺乏深入而系统的分析.作者通过蠕变试验得到Burgers 模型参数,分析温度、应力水平、级配以及老化对沥青混合料黏弹性响应的影响,可以为沥青路面设计和破坏分析提供参考.1 蠕变试验及黏弹性模型参数1.1 蠕变试验及蠕变柔量利用S BS 改性沥青分别拌制AC 213、AC 216、AC 2203种级配沥青混合料,采用MTS 810材料试验机在不同温度及应力水平下进行单轴静态蠕变试验,为了减少离散性,进行3组平行试验.试验条件为0.7MPa,40℃、50℃和60℃,0.3MPa 、0.5MPa 、0.7MPa .为了减小试模边界效应的影响并加速试验进程,首先采用Tr oxler 4140型旋转压实仪成型<150mm ×H110mm 的大型试件,再钻芯得到尺寸为<100mm ×H110mm 的试件.试验过程:①在0.005MPa 下预加载10m in;②瞬时施加到所要求荷载并保持载60m in;③瞬时卸载到0.005MPa 并保持30m in;④采用LVDT 精确测量试件变形随时间变化的数据.根据试验的应力应变关系可以得到沥青混合料单位应力作用下t 时刻的应变值(蠕变柔量).不同试验条件下的蠕变柔量曲线如图1所示.1.2 Burgers 黏弹性模型参数Burgers 模型可以较好地描述黏弹性材料的蠕变与松弛特性,在道路工程领域将其表征为沥青混合料的黏弹性本构模型[7-9].研究[1,4,6]表明沥青路面的高温永久变形与混合料蠕变特性的关系为:J (t )=1E 1+t η1+1E 2(1-e -E 2η2t )(1) 第3期栗培龙,等:沥青混合料黏弹性响应影响因素分析97图1 混合料不同试验条件下的蠕变柔量变化曲线F i g .1 Creep co m pli a nce curves under d i fferen t test cond iti on s 根据式(1)可知,在蠕变试验条件下,蠕变柔量由3部分组成:沥青混合料在荷载作用下的瞬时弹性柔量J e 、与时间相关的黏性柔量t/η1、与时间相关的黏弹性柔量J ve ·(1-e -E 2η2t).其中J e 反映高速荷载下沥青混合料的抗变形能力,与模型中弹性元件E 1的值成反比;η1是产生不可恢复残留变形的黏性系数,与沥青混合料的永久变形直接相关,同时也反映沥青混合料高温重复荷载作用产生的累积变形;E 2、η2反映在长时间荷载作用下及在通常温度条件的荷载作用下,变形既不是很快发展,又不能立即恢复的黏弹性指标,应力松弛性能及变形的回弹性能也有密切关系.采用O rigin 和1st op t 数值处理软件,将蠕变柔量曲线用Burgers 模型回归拟合,可以得到以上3种混合料不同试验条件下的蠕变柔量拟合得到的Bur 2gers 黏弹性参数列于表1中.2 试验条件及矿料级配的影响2.1 试验温度对沥青混合料黏弹性参数的影响沥青混合料是感温性材料,温度越低,沥青混合料越接近弹性材料;温度越高,越接近黏性材料.对3种沥青混合料的E 1、η1、E 2、η24个参数取常用对数,试验结果如图2所示.由图2可知:(1)随着温度的升高,3种级配沥青混合料的E 1、η1、E 2、η24个参数总体均呈降低趋势,说明温度升高沥青混合料软化,高温性能减弱.(2)随着试验温度的升高,3种沥青混合料的瞬时弹性模量E 1逐渐降低,即沥青混合料在较高的温度下更容易产生瞬时弹性变形.由40℃升至60℃,3种混合料的E 1值分别降低了26.1%,52.1%和32.3%.比较可知AC 213的降低较为缓慢,而AC 216和AC 220的E 1降低幅度较大,这说明公称粒径较大的沥青混合料的瞬时弹性模量对温度的敏感性较高.对于参数η1,由40℃升至60℃,AC 213、AC 216和AC 2203种混合料的η1值分别降低了56.0%,74.2%和60.5%,可见AC 216混合料随温度变化的敏感性最大.对于参数E 2和η2而言,不同级配混合料的变化趋势不尽相同.随着温度的升高,AC 216和AC 220混合料的E 2接近平行的单调减小,而AC 213的E 2先增大后减小;对于参数η2而言,随着温度的升高,AC 220混合料的η2不断减小,而AC 213和AC 216的η2值存在先升后降和先降后升现象,可见试验温度对不同沥青混合料的黏弹性响应的影响非常复杂,不仅与集料粒径有关,而且与混合料沥青含量等因素存在交互影响.沥青混合料的E 1、η1、E 2、η24个参数大小不仅反映了黏弹性变化,而且表征了混合料在高温荷载下的抗永久变形性能.由图2可知,不同温度下3种级配混合料的参数排序不尽相同,其中40℃和60℃条件下的4个参数以及50℃条件下的E 1、E 2排序一致,均为:AC 216>AC 213>AC 220;50℃条件下的η1排序为AC 216>AC 220>AC 213,η2排序为AC 213≈AC 216>AC 220.总体而98 郑州大学学报(工学版)2010年言,AC 216混合料具有更好的抗变形性能,即具有更好的高温稳定性.表1 沥青混合料的Burgers 模型拟合参数Tab 11 Burgers m odel param eters of a spha lt m i xture温度/℃应力/MPa 级配Burgers 模型参数/PaE 1η1E 2η2相关系数R240AC 2133.30E +084.14E +127.61E +081.37E +110.97410.7AC 2165.68E +088.38E +121.23E +092.61E +110.9571AC 2202.76E +083.95E +126.61E +089.05E +100.966750AC 2132.76E +082.01E +128.34E +082.03E +110.98590.7AC 2163.12E +083.14E +128.79E +081.94E +110.9799AC 2202.41E +082.70E +125.56E +087.23E +100.9753AC 2131.97E +085.06E +126.27E +088.93E +100.9594600.3AC 2162.21E +085.71E +127.90E +089.82E +100.9716AC 2202.28E +084.00E +125.29E +081.05E +110.9654AC 2132.23E +087.47E +121.26E +093.90E +110.9491600.5AC 2163.36E +083.48E +121.01E +092.74E +110.9761AC 2204.24E +082.15E +125.36E +087.75E +100.9831AC 2132.44E +081.82E +124.48E +081.05E +110.9823600.7AC 2162.72E +082.16E +127.01E +082.37E +110.9825AC 2201.87E +081.56E +124.05E +084.91E +100.9834图2 温度对沥青混合料黏弹性参数的影响F i g .2 Effect of te m pera ture on V iscoel a sti c param eters2.2 应力水平对沥青混合料黏弹性的影响由图3可知:(1)随着应力水平的升高,3种级配沥青混合料的E 1、η1、E 2、η24个参数变化规律不尽相同.分析可知,沥青混合料的黏弹性与沥青胶结作用以及矿料之间的相对错位滑动有关.公称最大粒径较小的混合料(如AC 213)往往有较高的沥青用量,沥青的黏弹性胶结作用占主导作用;公称最大粒径较大的混合料(如AC 220),矿料的嵌挤作用对混合料抗永久变形的贡献更大,所以不同级配的沥青混合料对应力水平的响应存在差异.(2)对参数E 1和η1而言,AC 216和AC 220混合料的变化一致,E 1均先增大后减小,η1均逐渐减小;对参数E 2而言,3种级配混合料变化趋势一致,均先增大后减小;对参数η2而言,AC 213和AC 216混合料变化趋势一致,也是先增大后减小,AC 220混合料则不断减小,可见公称最大粒径相近的混合料的某些黏弹性参数变化趋势存在一致性.图3 应力水平对沥青混合料黏弹性参数的影响F i g .3 Efect of stress on V iscoel a sti c param eters2.3 级配对沥青混合料黏弹性的影响3种级配的混合料在不同应力水平下的Bur 2gers 模型参数如图4所示.由图4可知,在0.3MPa 应力水平下,3种级 第3期栗培龙,等:沥青混合料黏弹性响应影响因素分析99 配沥青混合料的4个参数均较为接近,应力水平增大到0.5MPa 时,E 1、η1、E 2、η24个参数均有很大的区分度,当继续增至0.7MPa 后,参数之间的差异又有所减小.这是因为,在0.3MPa 应力水平下,由于应力水平较低,3种混合料的蠕变硬化现象不显著;在0.7MPa 应力水平下,对于无侧限蠕变试验而言,较高的应力水平使得3种混合料均出现显著的矿料颗粒间错位滑动,进而出现膨胀软化现象,模量又有所降低.图4 级配对沥青混合料黏弹性参数的影响F i g .4 Efect of grada ti on on V iscoel a sti c param eters当前评价沥青混合料高温性能的车辙试验,均在0.7MPa 荷载、60℃条件下进行,在此试验条件下的3种沥青混合料的E 1、η1、E 2、η24个参数排序一致,即AC 216>AC 213>AC 220,可见AC 216有更高的高温性能,AC 213次之,AC 220最差.3 老化对沥青混合料黏弹性响应的影响 在老化作用下沥青的流变性能变化将会导致混合料的黏弹性变化,直接影响沥青混合料的路用性能[10].根据规范[11]对试验中采用AC 213、AC 2202种混合料分别进行短期和长期老化试验,然后在60℃、0.7MPa 条件下进行蠕变试验.根据静态蠕变曲线求得蠕变柔量,然后拟合得到4种混合料不同老化状态的E 1、η1、E 2、η24个Burgers 模型参数,如图5所示.由图5可知:(1)对于2种混合料而言,短期老化后E 1、η1、E 2、η24个参数均有大幅增加,可见沥青老化后劲度增大,弹性增强,流变性降低,瞬时弹性柔量和黏性柔量均有显著减弱,在荷载作用下抗变形能力大幅增强.在短期老化的基础上进行长期老化后,反映瞬时弹性响应的E 1又有所增大;2种混合料的E 2变化并不一致,AC 213稍有增加,AC 220大幅降低;2种混合料的η1和η2均有不同程度的减小.分析认为,沥青混合料的短期老化试验是先对拌制的散料进行老化然后再压实成型,老化后沥青的柔韧性和流动性减弱,压实成型后性能变化的沥青在混合料中是相对均匀分布的,所以整体表现为荷载作用下抗变形能力显著增强;而对于长期老化,试件是成型后再实施老化,沥青老化是不均匀的,在混合料空隙联通处老化严重,尽管沥青的绝对劲度增强,但在荷载作用下更容易产生微裂纹损伤.因此,对于长期老化的试件,黏弹性模型参数变化是沥青性质变化和损伤累积综合作用的结果,参数变化更为复杂.(2)与AC 213相比,AC 220混合料的变化幅度更大,这是因为沥青老化的主要机理是高温下的沥青分子发生氧化反应,沥青与氧气的接触程度在很大程度上影响老化进程.一般而言,AC 220比AC 213混合料有更大的空隙率,沥青与氧气的接触更充分,因此老化效应更为显著.图5 老化对沥青混合料黏弹性参数的影响F i g .5 Efect of ag i n g on V iscoel a sti c param eters4 结论(1)试验温度对沥青混合料的黏弹性能有显著影响.随着温度的升高,3种级配沥青混合料的E 1、η1、E 2、η24个参数总体上均呈降低趋势,说明温度升高沥青混合料软化,模量呈降低趋势;但不同温度下3种级配混合料的参数排序不尽相同,试100 郑州大学学报(工学版)2010年验采用的3种级配沥青混合料中AC216混合料具有更好的抗变形性能.(2)应力水平对沥青混合料的黏弹性能有显著影响,其中0.5MPa下,3种级配沥青混合料的4个参数区分度大于0.3MPa和0.7MPa下的参数变化;而且不同级配的沥青混合料对应力水平的响应存在差异,公称最大粒径相近的混合料的某些黏弹性参数变化趋势存在一致性.(3)沥青混合料老化后Burgers模型参数均有显著变化,即老化是沥青混合料黏弹性能衰变的主要影响因素,但短期老化和长期老化对沥青混合料黏弹性的影响并不相同.参考文献:[1] 栗培龙.沥青混合料黏弹性力学参数及其应用研究[D].西安:长安大学公路学院,2009.[2] L I TT LE D N,BUTT ON J W,Y OUSSEF H.Devel op2ment of criteria t o evaluate uniaxial creep data and as2phalt concrete per manent def or mati on potential[J].Trans portati on Research Record,1993(1471):49-57.[3] CHANG K G,MEEG ODA J N.M icr omechanical si m2ulati on of hot m ix as phalt[J].Journal of M aterials inCivil Engineering,1997,12(5):495-503.[4] SCHWARTZ C W,GI B S ON N H,S CHAPERY R A,et al.V iscop lasticity modeling of as phalt concrete be2havi or[C]//The15th ASCE Engineering MechanicsConference.Ne w York:ASCE,2002:144-159.[5] 关宏信.沥青混合料黏弹性疲劳损伤模型研究[D].长沙:中南大学土建学院,2005.[6] 周志刚,傅搏峰.用黏弹性理论评价沥青混合料的高温稳定性[J].公路交通科技,2005,22(11):54-56.[7] 郑健龙,吕松涛,田小革.沥青混合料黏弹性参数及其应用[J].郑州大学学报:工学版,2004,25(4):8-11.[8] 冯师蓉,胡霞光,刘玉.基于Burgers模型的沥青玛蹄脂DE M数值分析[J].路基工程,2008(1):21-23.[9] 郑健龙,吕松涛,田小革.基于蠕变试验的沥青黏弹性损伤特性[J].工程力学,2008,25(2):193-196.[10] 栗培龙,张争奇,王秉纲,等.道路沥青热氧老化模拟试验研究[J].郑州大学学报:工学版,2008,29(1):119-123.[11] 交通部.JTJ052-2000公路工程沥青及沥青混合料试验规程[S].北京:人民交通出版社,2000.Ana lysis of V isco2el a sti c Respon se I nfluenc i n g Factors of A spha ltM i xtureL I Pei-l ong,ZHANG Zheng-qi,WANG B ing-gang(Key Laborat ory for S pecial A rea H igh way Engineering of M inistry Of Educati on,Chang’an University,Xi’an710064,China)Abstract:Three kinds of as phalt m ixture were put t o static creep test under different te mperatures and stress levels.According t o creep comp liance curves fr om the stress2strain relati ons,Burgers visco2elastic model pa2 ra meters were got t o analyze influences on visco2elastic res ponse of te mperature,stress level,aggregate grada2 ti on,as well as aging effect for as phalt m ixture.The results and analysis indicated that four para meters(E1,η1,E2,η2)continuously reduce with the increasing of the te mperature,which shows that as phalt is s oftening and modulus decrease.But visco2elastic para meters sequence of the three as phalt m ixtures were not the sa me under different te mperatures.Stress levels have a significant effect on visco2elastic res ponse and f our visco2e2 lastic para meters have the greatest degree of distincti on at the level of0.5MPa l oad.Howsever,res ponses on stress level f or different gradati on m ixture were different.Aging is an i m portant reas on intr oducing viscoelastic2 ity changes of as phalt m ixture.But short2ter m aging and l ong2ter m aging have different effects.Key words:as phalt m ixture;visco2elastic res ponse;influencing fact ors;aging。
粘弹性材料的非线性力学特性研究
粘弹性材料的非线性力学特性研究随着科学技术的不断发展，粘弹性材料在工程和科学领域的应用越来越广泛。
由于其独特的力学特性，如粘弹性、非线性等，粘弹性材料在材料科学、土木工程、生物医学等领域都有着重要的应用。
本文将介绍粘弹性材料的非线性力学特性研究，以及其在工程和科学领域中的应用。
一、粘弹性材料的定义与特性粘弹性材料是一类具有粘弹性的固体材料，其力学特性介于弹性固体和流体之间。
与弹性材料相比，粘弹性材料在受到外力作用后，会产生时间依赖的形变；而与流体相比，粘弹性材料会随时间逐渐恢复原状。
这种独特的力学特性使得粘弹性材料既能保持形变，又能回复到初始状态。
二、粘弹性材料的非线性力学特性研究方法为了研究粘弹性材料的非线性力学特性，科学家和工程师们采用了多种实验方法和数值模拟技术。
其中，最常用的方法之一是应力松弛测试。
在应力松弛测试中，样品会受到一个短时间的应力作用，然后通过测量样品上的应变来观察其时间依赖的形变。
此外，还可以使用剪切应变测试、拉伸测试等方法来研究粘弹性材料的非线性力学特性。
通过对不同应力或应变下的样品进行测试，可以获得其力学特性随时间变化的曲线和参数。
三、粘弹性材料在工程领域中的应用粘弹性材料在工程领域中有着广泛的应用。
其中，一项重要的应用是减震和隔振技术。
由于粘弹性材料具有能量吸收和耗散的能力，可以用于降低结构物在地震或机械振动中的响应。
此外，粘弹性材料还可以用于噪声控制、动力学系统的稳定性分析等方面。
四、粘弹性材料在科学领域中的应用在科学研究中，粘弹性材料的应用也非常重要。
例如，在生物医学研究中，粘弹性材料被广泛应用于细胞力学、组织工程等方面。
通过研究粘弹性材料在细胞或组织中的行为，可以更好地理解生物体内部的力学特性，为疾病诊断和治疗提供依据。
此外，粘弹性材料还被应用于涂料、胶粘剂等工业产品的研发和生产中。
通过研究粘弹性材料的力学特性，可以改进产品的性能和质量。
五、粘弹性材料的应用前景随着科学技术的不断进步，粘弹性材料在工程和科学领域的应用前景非常广阔。
沥青胶浆的线性粘弹性分析
沥青胶浆的线性粘弹性分析摘要：动态剪切流变实验是用于表征沥青混凝土和沥青胶浆的线性粘弹性特性（沥青混凝土的填料粒径小于75?m）。
这项研究着力于利用微观力学以及基于流变学的模型来评估石灰石与消石灰这两种填料对沥青胶浆表现性能的影响。
在多种微观力学模型中，选用最合适的一种来表征沥青胶浆（复合材料）的粘弹性特征。
由于微观力学模型是为弹性材料建立的，那么为了运用这些模型就有必要采用弹性――粘弹性对应原则。
为了解释胶浆中填料的影响，本文也采用了一些最合适的基于流变学原理的模型。
最后选择了nielsen模型，因为这个模型引入了两个流变学参数来解释填料效应：广义爱因斯坦系数和最大填料填充率系数。
在底颗粒体积浓度的的范围内，微观力学模型的预测数据与实验实测数据显示了很好的一致性。
流变模型能成功的预测石灰石填料的刚化效应，当其体积填充率达到25%时。
然而消石灰的刚化效应需要对其表面所存在的大量相互作用有更具体的理解，这是高粘合剂的特性。
ce数据库标题：粘弹性特性；沥青混凝土；微观力学；流变；线性分析。
开场白沥青混合料中填料的重要性已经被anderson和goetz(1973)，harris和stuart(1995)，kavussi和hicks（1997），cooleyetal.（1998）等人研究过。
胶浆的质量，沥青粘合剂与填料的结合度，影影响着沥青混合料的整体力学性能以及稳定性。
由于填料的细度及表面特性，其效果基本上市基于体积填充效果以及填料与沥青之间的相互作用。
后者与材料的物理化学作用有关，这种作用能解释沥青填料系统界面具体的相互作用。
crausetal.(1978)通过对作为填料几何，大小，表面活性的函数的物理化学机制进行的敏感性分析，对不同的胶浆系统的物理化学特性进行了复杂的调查研究。
他们提出物理化学方面的特性与填料沥青界面的吸附强度有关。
他们发现表面活性越高沥青填料界面的粘着力越强，固定沥青的量也会相对增加。
沥青混合料增量型热粘弹性本构关系研究
第23卷 第3期应用力学学报Vo l.23 No.3 2006年9月CHINESE JOURNAL OF APPLIED MECHANICS Sep.2006文章编号:1000 4939(2006)03 0338 06沥青混合料增量型热粘弹性本构关系研究*钱国平 郑健龙 周志刚 田小革(长沙理工大学 长沙 410076)摘要:基于热粘弹性力学理论,就不同的温度条件下沥青混合料的应力松弛特征开展了试验研究,用广义Max well模型模拟沥青混合料的粘弹特性,应用热流变简单材料的时温等效原理对实验结果进行了分析和参数拟合,然后通过理论推导得到沥青混合料非定常和非均匀变温条件下增量型热粘弹性本构关系;在此基础上,给出利用此增量型应力应变本构关系进行沥青路面热粘弹性力学分析的数值实现方法,并给出一个计算实例。
关键词:沥青混合料;热粘弹理论;增量型本构关系;温度应力;有限元法中图分类号:U416;O346 文献标识码: A1 引 言沥青路面结构处于自然环境中,由于环境条件的变化,其沥青混合料面层处于非定常温度(温度随时间而变)和非均匀温度(温度随空间位置而变)状态。
变温条件引起路面结构产生温度应力是引发路面病害的最重要的因素之一,国内外对此已进行了较广泛的研究,取得了一定的研究成果[1 3]。
但这些研究成果要么对温度场采用过多假定,对众多环境因素的影响都未加以考虑,要么假定沥青混合料是线弹性材料,对其粘弹特性未加以考虑[1]。
沥青混合料是简单热流变材料,沥青路面温度应力的研究属于热粘弹性力学的范畴,而多数研究成果即便考虑粘弹性也仅采用线粘弹性理论(即恒温情况)近似处理[2 3],结果与实际相差较大。
要弄清沥青路面病害发生原因和发展过程,依据环境气候条件下沥青路面内的温度应力分布情况,预测沥青路面损害条件以及应对措施的效果,必须对沥青混合料的热粘弹特性进行较合理的考虑,准确确定沥青混合料非定常和非均匀变温条件下热粘弹性本构关系。
沥青混合料热粘弹性本构模型试验研究
６
…
…
＼
一
（） ３
上式 即是适合描述变温过程的沥青混合料热粘 弹性本构模型。
４ 结论 ４１在不 同温度 下对 Ｓ Ａ一６沥青混合料 开展 了应力松 弛试 ． Ｍ １
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
验 ， 到了不同温度下的应力松弛 曲线 ， 得 试验结果表 明沥 青混合料 即使在低温 的情况下也具有粘弹性流动特性 ； ４ ． ２根据时温等效原理 ， 应用 Ａｒ ｎ ｓ ｒ ｅｉ 公式计算 了沥青混合料 ｈ ｕ 的移位 因子 ， 并采用 ５个 ｍ ｗ ｌ并联模型来拟合试验数据 ， ｘ ｌ ａ ｅ 建立 了 适合描述变温过程的沥青混合料热粘弹性本构模型。
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ＯＣ 况下 ， ￣情 相应 的模型参数如表 ３ 所示 。 『 Ｊ ＭｕａｉＫ ｉ ｎ ｎ Ｋ ．Ｒ ｊｇ ｐ ｌＯ ｈ ｅ ｈ ｎｃ ｌＢ ｈ ｖｏ １ ． ｒｌ ｒ ｈ ａ ， ．Ｒ ａａ ｏ ａ ， ｎ ｔｅ ｍ ｃ ａ ｉ ｅ ａ ｉ １ ｓ ａ ｒ 借助于移位因子 进行 时间计算后 ，任意温度下 的松弛模量 ｏ ｓ ｈ ｌ Ｊ ｅ ｈ ｎ ｓ ｏ ａｅｉ ，２ ０ ， ７１ １ ０ ５ １ ０ ． ｆＡ ｐ ａ １ ｃ ａ ｉ ｆｍ ｔ ａ ０ ５ ３ （ ｌ １ ８ — ０ ｔ『 ．Ｍ ｅ ｒｌ ： １ 均可通过参考温度下 的松弛模量得到， 时间用对数坐标表示 ， ： 将 有 ［郑健龙， 国平， 荣华． ２ 】 钱 应 沥青混合料热粘弹性本构 关系试验 测定 （） ２ 及其力学应 用［． Ｊ 工程 力学， ０ ， ５１： — １ ］ ２ ８ ２ （） ４ ４ ． ０ ３ 只要将参考温度 时的松弛模量 曲线在对数 时间轴上平移 ［ 曹丽萍， ３ Ｊ 孙立军， 董泽蛟 ． 变温下沥青混合料 的变形特性［． Ｊ建筑材 １ 即为温度 Ｔ时的松弛模量 曲线。 在变温过程 中， 绝对温度 Ｔ为时 料 学报 ，０ ９１ （） ２ — ３ ． ２ ０ ，２５： ５ ６ ０ ６ 间ｔ 的函数 ， 令 （ ＝ＪａＯｌｒ 则可得式（） ｆ ＇ Ｔａ ， ） ｏ ） ｌ ［ ／ Ｔ ３写为：
材料力学中的粘弹性行为与本构模型
材料力学中的粘弹性行为与本构模型粘弹性是材料力学中一个重要而复杂的问题，它指的是材料在受力作用下表现出的弹性和黏性共同存在的特性。
本文将探讨粘弹性的基本概念，其行为与本构模型的关系。
一、粘弹性的基本概念粘弹性是指材料在外力作用下既可以发生形变，又可以恢复原状的性质。
这种性质与材料的分子结构有关，表现为分子固定点之间的相互作用力。
在粘弹性行为中，材料会表现出随时间延迟的形变响应，这是与弹性体和黏性流体的行为有所不同之处。
二、粘弹性行为的特点1. 时间依赖性：粘弹性是一种时间依赖性的现象，即材料的形变响应随时间的推移而变化。
在外力作用结束后，材料仍然会持续发生形变。
2. 复杂的应力-应变关系：粘弹性材料的应力-应变关系通常是非线性的，并且在不同的加载速率下表现出不同的行为。
3. 耗散能量：粘弹性材料在形变过程中会产生内部摩擦，从而导致能量的耗散。
这种能量损失是粘弹性行为的重要特征之一。
三、粘弹性本构模型为了描述粘弹性材料的力学行为，研究者们提出了多种本构模型。
以下介绍几种常见的粘弹性本构模型：1. 弹簧-阻尼器模型：这是最简单的粘弹性模型之一，通过串联连接弹簧和阻尼器来描述材料的粘弹性行为。
该模型基于线性弹簧和线性阻尼器的行为假设，适用于低应变率下的材料。
2. 麦克弗逊模型：麦克弗逊模型是一种常用的粘弹性模型，它由弹性元素和黏性元素组成。
该模型能够较好地描述不同应变速率下的粘弹性行为。
3. 阿米尔-沙魔尔模型：这是一种广泛应用于粘弹性材料的本构模型。
它采用了多项级数的形式来描述应力-应变关系，能够较好地拟合实验数据。
四、粘弹性行为的应用领域粘弹性行为在许多领域都有重要的应用价值，例如生物材料的研究、土壤工程、涂料润滑剂开发等。
通过深入理解粘弹性行为及其本构模型，可以为这些领域的研究和应用提供重要参考和指导。
结论粘弹性行为是材料力学中一个重要且复杂的问题，其研究涉及到材料分子结构和宏观性能的关系。
通过适用的本构模型，我们可以更好地描述和预测粘弹性材料的力学行为。
沥青与沥青混合料的粘弹力学原理及应用
沥青与沥青混合料的粘弹力学原理及应用嘿，伙计们！今天我们要聊聊一个非常有趣的话题——沥青与沥青混合料的粘弹力学原理及应用。
让我们来简单了解一下什么是粘弹力学。
哎呀，这可是个高深莫测的学问啊！简单来说，粘弹力学就是研究物体在受到外力作用时，既有一定的弹性又有一定的黏性的一种力学理论。
而沥青和沥青混合料呢，就是我们生活中经常见到的一种建筑材料。
它们在很多地方都有广泛的应用，比如道路、屋顶、地面等等。
那么，为什么沥青和沥青混合料会有这样的性质呢？这就要归功于它们的粘弹力学原理了。
我们来说说沥青。
哎呀，这个东西可真是让人又爱又恨啊！它既能让我们的道路平整光滑，又能在雨天让车辆行驶得更加安全。
但是，你知道吗？沥青其实也有一定的黏性。
当我们走在上面的时候，脚底下的沥青会因为受到压力而产生形变。
而当我们离开之后，沥青又会恢复原状。
这就是沥青的黏性表现。
而且，沥青还有一个特点，那就是它的弹性很好。
这意味着，即使我们在上面施加很大的力量，沥青也不会立刻破裂。
而是会在一定程度上发生形变，然后再慢慢恢复原状。
这就是沥青的弹性表现。
接下来，我们再来说说沥青混合料。
哎呀，这个东西可是比沥青厉害多了！它不仅能让我们的道路更加平整光滑，还能在雨天让车辆行驶得更加安全。
而且，沥青混合料还有一个特点，那就是它的黏性和弹性都非常好。
这意味着，当我们在上面行走或者行驶时，沥青混合料能够很好地吸收和分散我们的压力。
而且，即使我们在上面施加很大的力量，沥青混合料也不会立刻破裂。
而是会在一定程度上发生形变，然后再慢慢恢复原状。
这就是沥青混合料的黏性和弹性表现。
那么，沥青和沥青混合料的粘弹力学原理有哪些应用呢？其实，它们的应用非常广泛。
比如在道路建设中，我们可以通过调整沥青和沥青混合料的比例来提高道路的抗压性能和抗拉性能。
这样一来，道路就能更好地承受重载车辆的压力，同时也能防止路面在重压下出现裂缝。
在建筑行业中，我们还可以利用沥青和沥青混合料的黏性和弹性来制作防水材料、密封材料等。
沥青混合料黏弹性能的细观力学模型
沥青混合料黏弹性能的细观力学模型工程中沥青混合料黏弹性能的确定主要通过试验法和经验公式法。
试验法可采用本文中的蠕变试验和动态模量试验，该种方法耗时较长，且只能对已成型特定级配的沥青混合料进行试验，若混合料类型较多，往往需要大量的重复性试验，造成材料浪费和环境污染。
经验法中动态模量的Witczak和Hirsch预测模型[i]较为成熟，但经验公式的适用范围有限，若实际条件与建立经验关系式的条件不同，可能产生较大误差。
事实上，上述两种方法均停留在宏观层面上，无法反映细观尺度下沥青混合料内部的力学性质，因此，有必要基于材料内部的细观组成建立合适的细观力学模型，较为准确地预测其黏弹性能。
从细观角度出发，沥青混合料可视为由沥青砂浆、粗集料和空隙组成的三相复合材料。
将沥青砂浆作为基体，粗集料和空隙作为夹杂相，可通过细观力学理论来预测沥青混合料的力学性能。
在众多细观力学模型中，Hashin复合球模型与沥青混合料内部结构最为相近，一系列尺度不等的球形粗集料镶嵌于沥青砂浆基体之中，但该模型存在前提假设条件，/a b为定值，也就是说所有集料半径与其沥青砂浆包裹层厚度成正比，这样就无法考虑粗集料的尺度效应。
实际上，粗集料分散于沥青砂浆介质中，虽然粒径大小不同，但沥青砂浆包裹层厚度近乎相同，且文献[错误！未定义书签。
]已经提出沥青砂浆包裹层厚度的计算公式。
为此，本文假设沥青砂浆包裹层厚度相同，对Hashin复合球模型进行了改进和简化。
首先提出了沥青混合料的弹性模量预测细观力学模型，该模型能够较为准确地反映沥青混合料内部的细观结构组成，且能够考虑粗集料尺寸效应及级配的影响。
其次，应用黏弹性对应原理，将弹性模型转化至黏弹性范围，建立了沥青混合料黏弹性能的细观力学模型。
最后，将模型预测结果与试验结果相对比，对模型进行验证及修正，分析黏弹性影响因素。
1 细观力学模型的建立1.1 弹性模量预测模型将沥青砂浆视为基体，粗集料为球形夹杂相。
沥青混合料热粘弹性本构关系试验测定及其力学应用
果[1―5]。但这些研究成果对沥青混合料本质特性未 加以考虑。
沥青路面结构处于自然环境中，由于环境条件
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收稿日期：2006-09-14；修改日期：2007-03-29 基金项目：高等学校博士学科点专项科研基金资助项目(20050536001)；交通部应用基础项目(2006319825090)；湖南省教育厅资助科研项目(06B008) 作者简介：郑健龙(1954―)，男，湖南邵阳人，教授，博士，博导，校长，主要从事道路工程与工程力学研究(E-mail: zjl@)；
*钱国平(1975―)，男，山东青州人，讲师，博士，主要从事道路工程与工程力学研究(E-mail: guopingqian@)； 应荣华(1961―)，男，湖南娄底人，副教授，学士，主要从事道路工程与工程力学研究(E-mail: yingronghua@).
工程力学
35
的变化，其沥青混合料面层处于非定常(温度随时间 而变)和非均匀(温度随空间位置而变)复杂温度环 境下工作；同时，沥青混合料是简单热流变材料， 其力学特性受到加载温度和加载时间的显著影响。 因此，沥青路面温度应力的研究属于热粘弹性力学 的范畴。
正确地定量描述沥青混合料的热粘弹性本构 关系是进行沥青路面结构分析，特别是温度收缩应 力计算的必要条件。为此，国内外进行了大量的试 验研究，以便更为准确地把握沥青混合料的粘弹性 特性[3―7]。然而，在已有的研究成果中，可用于变 温状态下温度应力分析的热粘弹性本构模型不多。 因此，通过不同温度下沥青混合料应力松弛特性的 系统试验和分析，对准确确定沥青混合料非定常和 非均匀变温条件下热粘弹性本构关系具有重要意 义。
摘 要：基于热粘弹性力学理论，就不同的温度条件下沥青混合料的应力松弛特征开展了试验研究，应用热流变 简单材料的时温等效原理对试验结果进行了分析和参数拟合，根据试验结果建立了描述沥青混合料粘弹特性的广 义 Maxwell 模型；通过理论推导提出了沥青混合料非定常和非均匀变温条件下增量型热粘弹性本构关系，在此基 础上，给出应用本构关系进行沥青路面热粘弹性力学分析的数值实现方法；通过对 TSRST 试验的模拟，对得到 的沥青混合料热粘弹性本构关系及其数值实现方法的合理性进行了验证，并给出一个工程计算实例。 关键词：沥青混合料；热粘弹理论；本构关系；应力松弛试验；温度应力；有限元法 中图分类号：U416; O343.6; TB322 文献标识码：A
钢桥面铺装沥青混凝土粘弹性本构分析
∑
（ １ ）
当 １ ， ２ ， …， ｎ时 ， 已知 的 Ｍａ ｘｗ ｅ ｌ ｌ 元 件 的本
构关 系可 以分 别记 为 ：
＋
称 为延 迟 弹 性 。延 迟 弹 性 是 与 时 间 相 关 的 函数 ，
铺 装层 材料 的粘 弹性 具有 以下基 本 特 点 ： （ １ ） 粘 弹 性 材料 的力 学 响应是 一个 能 量 耗散 过 程 ； （ ２ ） 粘 弹 性 材料 的力 学 响应具 有 时间相 关性 。
曾汉辉
（ 广 东华 路交通科 技有限公司 ， 广州 ５ １ ０ ４ ２ ０ ）
摘要 ： 通过分析及研究钢桥面铺装沥青混凝 土的粘弹性 ， 考 虑时 间对沥青混 凝土粘 弹性 的影响 ， 进一步 深入掌
握其基本 的力 学性 质 ， 为揭示钢桥 面铺装层破 坏基 本机理提供相应的依据 。
关键词 ： 沥青混凝土 ；粘 弹性 ；破坏机理
２ ０ １ ３年第 １期
广 东 公 路 交 通 Ｇ ｕ ａ ｎ ｇ Ｄ ｏ ｎ ｇ Ｇ ｏ ｎ ｇ Ｌ ｕ Ｊ ｉ ａ ｏ Ｔ ｏ ｎ ｇ
总第 １ ２ ４期
文章 编号 ： １ ６ ７ １ — ７ ６ １ ９ （ ２ ０ １ ３ ） ０ １— ０ ０ ２ ７— ０ ３
钢 桥 面 铺 装 沥 青 混 凝 土 粘 弹 性 本 构 分 析
中图分类号 ： Ｕ ４ ４ ３ ． ３ ３ 文 献标 识 码 ： Ａ
０ 引 言
钢 桥面铺 装层 的沥 青 混凝 土 是 一 种 典 型 的 粘 弹 性材 料 ， 任 何 一 个 时 刻 的 力 学 响 应 不 仅 和该 时 刻 的加 载条 件 有 关 ， 而 且 和结 构所 经 历 的加 载 历 史 有关 ， 简 单 的将 沥 青 混 凝 土 当 成 一 种 弹 性 材 料
粘弹性材料本构模型的研究
粘弹性材料本构模型的研究第23卷第6期高分子材料科学与工程V o l.23,N o .62020年11月POL Y M ER M A T ER I AL S SC IEN CE AND EN G I N EER I N GN ov .2020粘弹性材料本构模型的研究Ξ路纯红,白鸿柏(军械工程学院,河北石家庄050003摘要:介绍了近年来建立粘弹性材料本构模型的方法。
目前主要有两种方法:利用现有本构模型;对粘弹性材料进行试验研究,拟合实验曲线。
关键词:粘弹性材料;本构模型中图分类号:O 631.2+1文献标识码:A 文章编号:100027555(20200620028204随着化学化工和材料工业的发展,粘弹性材料被广泛应用于航空航天、机械工程、高层建筑、车辆工程以及家用电器等领域。
研究粘弹性材料的力学性能,使其在工程应用中发挥良好的阻尼性能和耗散性能,关键是构建能够精确描述材料本构关系的粘弹性本构模型。
然而粘弹性材料的力学性能如剪切模量、损耗模量、损耗因子等受环境温度、振动频率、应变幅值等影响很大,因此,其本构关系的建立将非常复杂。
本文将对近年来粘弹性材料本构模型的研究成果进行简要的综述,并对今后的研究趋势提出几点建议。
1利用现有模型1.1粘弹性本构模型由于粘弹性材料的力学性能如剪切模量、损耗模量、损耗因子等通常与环境温度、振动频率、应变幅值等有关,因此粘弹性材料的本构关系将是复杂的。
国内外许多学者对此进行了研究,目前常用的粘弹性材料本构模型如下。
1.1.1M axw ll 模型:M axw ell 模型认为,粘弹性材料可以等效为一个弹簧和一个粘壶元件相串联而成,其本构关系为:Σ(t +p 1Σα(t =q 1Χα(t (1式中:Σ(t 和Χ(t ——粘弹性材料的剪应力和剪应变;p 1和q 1——由粘弹性材料性能确定的系数。
在简谐应变的激励下,由本构关系(1式可得:式中:G 1、G 2——储能模量(剪切模量和损耗模量;Γ——损耗因子,用于描述粘弹性材料的阻尼性能,Γ越大,材料阻尼性能越好,Γ越小,材料阻尼性能越差。
沥青混合料粘弹性本构模型与阻尼特性研究
沥青混合料粘弹性本构模型与阻尼特性研究高速公路的迅速发展使得沥青混合料在路面中的应用得以推广。
沥青混合料具有显著的粘弹特性,而以往研究中将沥青混合料简化成线弹性材料,与实际情况相差很大。
就沥青混合料的粘弹特性、本构关系出发去发掘材料本身的一些其它性能,如本文中研究的阻尼,能将更加科学合理地利用材料的优良特性,更好地为路面材料作出支持和贡献。
首先,为了更好地将沥青混合料作为阻尼材料进行研究对阻尼材料的特征和力学模型进行了研究分析以作铺垫,然后对沥青混合料的本构模型做了简介以及提出了测定沥青混合料阻尼参数值的两种方法：悬臂梁振动法及动态蠕变试验法,并给出相应计算方法。
随后,文章采用沥青混合料动态蠕变试验,利用能量法对试验结果滞回曲线进行图解,并用阻尼参数损耗因子表征阻尼特性。
研究发现,沥青混合料的阻尼随温度或频率的升高均呈现先增后减的规律,在温度20～60℃范围下其损耗因子
值在区间(0.040,0.090)浮动,在1～10Hz的频率之间沥青混合料的阻尼效果较好。
此外本文测定了CA砂浆的阻尼以作对比,分析发现CA砂浆在0.2～1Hz频率段与沥青混合料阻尼变化趋势相似,损耗因子值的范围为(0.090,0.110),而在5～25Hz频率段其阻尼效果迅速减弱,损耗因子值接近0.040。
接着本文用动态模量试验对沥青混合料阻尼特性加以验证,表明了各影响因素下的规律一致性,且沥青混合料在40℃左右可达到最佳阻尼值。
最后,本文为使用沥青混合料整个路面结构的阻尼研究踏出了探索的第一步,为更长远路面结构阻尼的分析提供了研究思路及方法,以及有限元软件的技术支
持。
不同粘弹性本构模型对沥青路面永久变形的影响分析
不同粘弹性本构模型对沥青路面永久变形的影响分析∗李洪印【摘要】为了揭示不同粘弹性本构模型在沥青路面永久变形数值模拟中的差异，选用两种粘弹性本构模型表征沥青混合料的非线性特性，基于室内单轴静载蠕变分别获取两种模型的参数，运用 ANSYS软件模拟蠕变试验过程，进而分析不同模型在数值分析中的适用性。
结果表明，采用Bailey-Norton定律的非线性时间硬化蠕变模型比传统Burgers模型更适合表征沥青混合料高温时的粘弹性行为，数值模拟与蠕变试验的误差为2.1%，小于采用Burgers模型时的误差3.2%；且在实际应用时采用非线性时间硬化蠕变作为本构模型，输入 ANSYS软件时更为方便，无需进行复杂的转化，在沥青路面车辙变形预估中的应用前景更广阔。
【期刊名称】《公路与汽运》【年(卷),期】2016(000)003【总页数】3页(P106-108)【关键词】公路;沥青路面;永久变形;本构模型【作者】李洪印【作者单位】齐鲁交通发展集团有限公司，山东济南 250101【正文语种】中文【中图分类】U416.217沥青路面由于其无接缝、舒适性好、施工期短等优点，已成为中国高速公路的主要路面形式。
当前，随着重载交通比例和交通渠化程度的不断提高，许多高速公路沥青路面在远未达到服役年限时即产生严重病害，如裂缝、车辙、拥包、表面松散、剥落和坑槽等，其中车辙是重载路面最主要病害形式。
一般认为车辙是沥青路面在高温时由于面层沥青混合料呈现显著的粘性性质，加之受到重载交通的反复作用而产生的永久变形的累积。
沥青混合料的总变形包括瞬时弹性变形、粘弹性变形和粘性流动。
在荷载作用的瞬间，由于混合料的压缩而产生弹性形变；随着荷载的持续作用，沥青混合料在一定应力水平下变形不断增加，即出现蠕变现象，反映为粘弹性变形和粘性流动。
而当荷载作用的时间无限增长时，材料抗变形能力逐渐增强，即产生固结效应。
另一方面，试件卸载后，其弹性压缩立即恢复，而材料的粘弹性变形有一小部分会随时间慢慢恢复，相当大一部分不能恢复的残余变形最终形成车辙变形。
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沥青混合料非线性粘弹性本构关系研究
作者：梁俊龙， 高江平， LIANG Jun-long， GAO Jiang-ping
作者单位：长安大学公路学院,西安陕西,710064
刊名：
广西大学学报（自然科学版）
英文刊名：Journal of Guangxi University（Natural Science Edition）
年，卷(期)：2012,37(4)
1.詹小丽;张肖宁;王端宜改性沥青非线性粘弹性本构关系研究及运用 2009(04)
2.刘亚敏;韩森;徐鸥明疲劳试验中沥青混合料的弯拉劲度模量[期刊论文]-广西大学学报(自然科学版) 2010(01)
3.郑健龙Burgers粘弹性模型在沥青混合料疲劳特性分析中的运用 1995(03)
4.詹小丽基于DMA方法对沥青粘弹性性能的研究 2007
5.李德超沥青混合料动态模量实验研究 2008(01)
6.郑健龙;田小革;应荣华沥青混合料热粘弹性本构模型的实验研究[期刊论文]-长沙理工大学学报(自然科学版) 2004(01)
7.郑健龙;吕松涛;田小革沥青混合料粘弹性参数及其应用[期刊论文]-郑州大学学报(工学版) 2004(04)
8.KEMPFLE S;SCH FER I;BEYER H Fractional calculus viafunctional calculus:theory and applications 2002(01)
9.MAINARDI F;RABERTO M;GORENFLO R Fractional calculus and continuous-time finance:the waiting-time distribution 2002(3-4)
10.刘林超;张卫服从分数代数Maxwell本构模型的粘弹性阻尼材料性能分析[期刊论文]-材料科学与工程学报 2004(06)
11.张卫民;张淳源;张平考虑老化的混凝土粘弹性分数导数模型[期刊论文]-应用力学学报 2004(01)
12.张淳源;张为民非线性粘弹性理论及其应用研究进展[期刊论文]-湘潭大学自然科学学报 2003(04)
13.孙海忠;张卫分数算子描述的粘弹性材料的本构关系研究[期刊论文]-材料科学与工程学报 2006(06)
14.张为民一种采用分数阶导数的新流变模型理论[期刊论文]-湘潭大学自然科学学报 2001(01)
15.陈艳;陈宏善;康永刚分数Maxwell模型运用于PTFE松弛模量的研究 2006(11)
本文链接：/Periodical_gxdxxb201204016.aspx。