沥青混合料粘弹塑性本构模型的实验研究
沥青混合料的黏弹性能
沥青混合料的黏弹性能沥青混合料具有依赖温度和荷载作用时间的黏弹性状，这种特性直接影响着路面的使用性能，尤其是高温车辙和低温开裂。
为了设计性能优越的沥青混合料以提高路面的使用寿命，国内外学者对沥青混合料的黏弹性能进行了大量研究。
沥青混合料的黏弹性参数是表征其黏弹性能的重要标志。
在早期的研究中，由于缺乏专门的设备来有效地测定和计算沥青混合料的黏弹性参数，常用图解法来预估其性能参数，即50年代中期Van der poel建立了估算各类沥青在较大范围温度和荷载作用时间条件下的劲度模量诺漠图[i]。
随着研究的深入及试验设备条件的提高，研究人员更多的采用试验方法来确定其黏弹性参数。
目前，试验方法主要分为：蠕变试验、松弛试验和动态模量试验[ii]。
为了更方便于工程应用及力学分析，一些学者开始将流变学理论应用于沥青混合料的黏弹性研究。
Monismith C.L.应用流变理论对沥青混合料的黏弹性能进行研究，证实可以用四参量黏弹性流体Burgers模型来模拟沥青混合料的黏弹性质[iii]。
Antoni Szydlo通过蠕变试验获得Burgers模型参数，应用有限元方法对路面车辙进行预估，分析结果得出其中两个参数值对沥青混合料的车辙深度起着至关重要的作用[iv]。
A.R.Abbas应用广义Maxwell模型表征沥青混合料的剪切性能，并用试验结果对模型适用性进行了验证[v]。
在国内，长沙理工大学郑健龙等人对沥青混合料黏弹性参数的研究较为深入。
1995年，郑健龙应用Burgers模型来描述沥青混合料的黏弹性动态特性，通过引入指数型损伤函数，提出了应用该模型分析沥青混合料疲劳过程的方法[vi]。
郑健龙(1996)通过裂缝梁纯弯曲试验来研究沥青混合料的延迟开裂性能，结果表明：沥青混合料具有黏弹性流体特征，裂缝在沥青混合料中的扩展表现出明显的黏弹塑性断裂特征，且证实研究沥青混合料断裂参数时，简单热流变材料的本构模型依然适用[vii]。
车用结构胶弹塑性本构方程的试验与仿真研究
原稿 收到 日期为 ２ １ ０ ０年 ｌ 月 ３日， 改稿 收到 日期为 ２ １ 年 １ １ 修 ０１ ０月 ２ ７日。
２ １ （ ｏ ３ ） ｏ２ ０ ２ Ｖ １ ４ Ｎ ． ．
王华锋 ， ： 等 车用 结构胶弹塑性本构方程 的试验 与仿 真研究
胶 和 酚醛 树脂 胶 ， 以研 究 胶 粘 剂 弹性 模 量 的变 化 对 间 隙接 头 应 力 和 强 度 的 影 响 。文 献 ［Ｏ 中采 用 弹 １］ 塑性 材料 模 型描 述 环 氧 树 脂 胶 粘 剂 的材 料 特 性 ， 对
２ Ｃ ｌｇ Ｍｅｈ ｎ ａ ｎ ｉ ｅ ｎ Ｇ ａｇ ｉ ｎｖｒｔ， ｎ ｉ ５０ ０ ． ｏｌ ｅｏ ｃａ ｉ ｌ ｇｎ ｒ ｇ， ｕ ｎｘ ｉ ｓｙ Ｎａ ｎｎ ｅ ｆ ｃ Ｅ ｅｉ Ｕ ｅｉ ｇ ３０４
ｌ ｓｒｃ Ｂ ｓｄｏ ｄ ｅｉ ｔｐｔｎｉ ｓ ａ ｄｔｉ ｄ ｅｅ ｄ ｈ ａ ｔ ｔ ｔｅｓ ｅｓｓ ａ ｕｖｓｆ ｔａ ｔ ａｅ ｎａ ｈ ｓ ｅｓ ｉ ｓ ｅｔ ｔ ｎ ｈｃ ａｈ ｒｎ ｓｓｅｒ ｅ 。 ｈ ｔ ｓ— ｒｉ ｃ ｒｅ ｏ Ａｂ １ ｖ ｒ ｅ ｌ ｅ ｋ ｓ ｒ ｔ ｎ ｒ
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１ １ 胶条 准 静态 拉伸 试验 ．
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图 ３ 作 图法求 名义屈服应力
在 计算 结构 胶 的弹性 模量 时 ， 取 处 于 ０ ００５ 选 ．０ ００ ２５之 间的纵 向应 变及其 所对 应 的应 力 ， 进 ．０ 并
强化塑性过程中材料本构模型的建立与仿真
强化塑性过程中材料本构模型的建立与仿真在强化塑性过程中，材料本构模型的建立与仿真是一个关键的研究领域。
材料在塑性变形过程中，会经历复杂的力学行为和材料结构变化，这使得建立合适的本构模型成为必要的步骤。
本文将重点探讨强化塑性过程中材料本构模型的建立与仿真，以及如何有效地应用于实际工程领域。
材料的本构模型是描述材料力学行为的数学模型。
在塑性变形过程中，材料会发生变形、屈服、硬化等现象，因此需要建立一种能够准确描述这些行为的本构模型。
目前常用的本构模型包括弹塑性本构模型、本构硬化模型和粘弹塑性本构模型等。
这些模型都基于一定的假设和实验数据，通过数学方法来描述材料的静态和动态力学行为。
建立材料本构模型的关键在于确定模型参数。
这些参数通常通过实验测试获得，如拉伸试验、压缩试验、剪切试验等。
通过这些试验数据，可以计算出材料的应力-应变曲线，并用合适的数学函数来拟合曲线。
拟合得到的函数表达式便是本构模型的数学表达式，而模型参数则是拟合函数中的常数。
通常情况下，根据实验数据选择的函数形式是经验性的，并且需要在实际工程领域进行验证。
除了实验数据，材料的微观结构和晶体结构也会对本构模型的建立产生影响。
例如，在金属材料中，晶界的位错运动和晶粒边界的相互作用会导致塑性变形的非均匀性，从而影响本构模型的准确性。
因此，理解材料的微观结构和物理机制对于建立可靠的本构模型非常重要。
近年来，随着计算机模拟技术的发展，通过分子动力学模拟和有限元模拟等方法可以更好地揭示材料的微观行为，从而更准确地建立材料的本构模型。
建立好本构模型后，需要进行仿真分析来验证模型的准确性。
仿真分析通过数值计算方法对材料的力学行为进行模拟，从而得到与实验相类似或一致的结果。
常用的数值计算方法有有限元分析、离散元分析等。
这些方法能够考虑材料的非线性行为、变形过程的情况和加载条件的变化，从而提供更全面的力学分析结果。
实际工程领域对于强化塑性过程的研究和应用需求非常迫切。
混凝土弹塑性损伤本构模型研究
混凝土弹塑性损伤本构模型研究一、概述混凝土作为一种广泛应用于土木工程领域的重要建筑材料，其力学行为的研究对于工程结构的设计、施工和维护至关重要。
弹塑性损伤本构模型作为描述混凝土材料在复杂应力状态下力学行为的重要工具，近年来受到了广泛关注。
该模型能够综合考虑混凝土的弹性、塑性变形以及损伤演化等多个方面，为工程结构的非线性分析和损伤评估提供了有效的理论支持。
本文旨在深入研究混凝土弹塑性损伤本构模型的理论框架、数值实现及其在工程中的应用。
我们将对混凝土弹塑性损伤本构模型的基本理论进行梳理，包括模型的建立、参数的确定以及损伤演化方程的推导等方面。
通过数值模拟和试验验证相结合的方法，对模型的准确性和适用性进行评估。
我们将探讨该模型在土木工程结构非线性分析、损伤评估以及加固修复等方面的实际应用，为工程实践提供有益的参考和指导。
通过本文的研究，我们期望能够为混凝土弹塑性损伤本构模型的理论发展和工程应用提供新的思路和方法，推动土木工程领域相关技术的创新和发展。
1. 研究背景：介绍混凝土作为一种广泛应用的建筑材料，在土木工程中的重要性。
混凝土，作为土木工程领域中使用最广泛的建筑材料之一，其性能与行为对结构的整体安全性、经济性和耐久性具有至关重要的影响。
由于其独特的物理和力学性能，混凝土在桥梁、大坝、高层建筑、地下结构等各类土木工程设施中发挥着不可替代的作用。
随着工程技术的不断进步和建筑需求的日益增长，对混凝土材料性能的理解和应用要求也越来越高。
混凝土是一种非均质、多相复合材料，其力学行为表现出明显的弹塑性特性，并且在受力过程中可能产生损伤累积，进而影响其长期性能。
建立能够准确描述混凝土弹塑性损伤行为的本构模型，对于准确预测混凝土结构的受力性能、优化设计方案以及保障结构安全具有重要的理论和实际意义。
近年来，随着计算力学和材料科学的快速发展，对混凝土弹塑性损伤本构模型的研究已成为土木工程领域的研究热点之一。
通过对混凝土材料在复杂应力状态下的力学行为进行深入研究，建立更加精细和准确的本构模型，有助于提升对混凝土结构性能的认识，推动土木工程技术的进步与发展。
多孔沥青混合料粘弹塑性损伤模型_易军艳
该模型的连续方程可使用积分形式表 示
［15 ］
为
σ 珚= E0 ε +
∫
t
0
G 1（ t － τ ） ε （ τ） dτ +
－t
∫G（t dτ = E 0 ε + λ 1 ε ( 1 － e t1 ) + λ 2 ε ( 1 － e t2 ) ． τ） ε （ 4） t 2 为松弛时间， t2 = λ2 / E2 ； ε t1 = λ1 / E1 ， 式中： t 1 、 MPa； E 0 、 E1 、 E 2 为弹性 为应变率； G 为松弛模量， λ 2 为粘度分量． 模量分量； λ 1 、 积分型本构方程当进行数据拟合时， 需对其 离散化， 即 构 建 增 量 型 本 构 方 程， 因此改写式 （ 4） 为 Δε = dε =
ve ve
为 φ（ ε） = n （ ε － γ） m
n－1
e
－ （ ε － γ） n m
．
（ 1）
n 为模型参数， 其中： m， γ 为损伤时应变门槛值． 假设损伤因子 D 变化率满足 Weibull 分布， 即 d D / d ε = φ（ ε） ， 则损伤因子可写为 D=
Δσ 珚 珚－ σ 2( e
Abstract： To characterize the mechanical behaviors of porous asphalt mixtures under loading at normal and low temperatures，a viscoelasticplastic damage model，which includes Weibull damage function ，Generalized Maxwell and DruckerPrager model，was presented based on incremental constitutive equation． Experimental data from uniaxial compressive strength tests conducted at different strain rate and different temperature were used to validate the efficacy of the model，and the change rules of model parameters in different temperatures and loading rates were investigated． The test and analysis results show that parameters in viscoelastic model begin to behave like the elastic materials． The volume modulus and shear modulus also show obvious viscoelastic properties along with the changes of temperature and load rate． Additionally the strain plastic strain initializes keep almost same to the critical damage strain ，which accommodate to the presented hypothesis． The damage curves of porous asphalt mixtures can also reveal the effects of different temperature and load rate． This model can successfully characterize the damage and mechanical behaviors of porous asphalt mixtures at normal and low temperatures． Keywords： road engineering ； porous asphalt mixture ； viscoelasticity； plasticity； damage 由于抗滑、 降噪、 雨天行驶安全等优点， 多孔 沥青混合料愈来愈得到国内外道路工作者的重 ［1－3 ］ ． 但是， 容易堵塞， 且由于结 由于空隙较大， 视 构组成与常规密级配沥青混合料不同， 强度仅靠
弹塑性材料本构模型与仿真方法
弹塑性材料本构模型与仿真方法弹塑性材料本构模型是描述材料在受力作用下的变形和应力响应的数学模型。
它是工程力学和材料科学中重要的理论基础，用于预测材料在不同应力条件下的行为，从而指导工程设计和材料选择。
弹塑性材料是一类具有弹性和塑性行为的材料，其在小应变范围内表现出弹性行为，而在大应变范围内则表现出塑性行为。
弹性行为是指材料在受力后能够恢复原状的性质，而塑性行为则是指材料在受力后会发生不可逆的形变。
常见的弹塑性材料本构模型包括线性弹性模型、塑性模型和弹塑性模型等。
线性弹性模型是最简单的弹塑性材料本构模型之一，它假设材料的应力和应变之间存在线性关系。
在小应变范围内，材料的应力和应变之间满足胡克定律，即应力等于杨氏模量乘以应变。
这种模型适用于强度较高、刚度较大的材料，如金属和陶瓷。
塑性模型是描述材料塑性行为的本构模型，它考虑了材料在大应变范围内的非线性行为。
常见的塑性模型包括屈服准则、硬化规律和流动规律等。
屈服准则描述了材料在何种应力条件下开始发生塑性变形，硬化规律描述了材料的塑性变形随应力增大而增加，流动规律描述了材料的塑性变形随时间的变化。
弹塑性模型是综合考虑了弹性和塑性行为的本构模型，它能够较好地描述材料在整个应变范围内的行为。
常见的弹塑性模型包括von Mises模型和Tresca模型等。
von Mises模型基于屈服准则，假设材料在达到一定应力条件时开始发生塑性变形，而Tresca模型基于硬化规律，假设材料的塑性变形随应力增大而增加。
仿真方法是利用计算机模拟材料行为的一种方法。
在弹塑性材料的仿真中，常用的方法包括有限元法、离散元法和网格法等。
有限元法是一种广泛应用的仿真方法，它将材料分割成有限数量的小单元，通过求解各个单元的力平衡方程和位移连续性方程，得到整个材料的应力和应变分布。
离散元法是一种基于颗粒模型的仿真方法，它将材料看作由许多离散的颗粒组成，通过模拟颗粒之间的相互作用，得到材料的变形和应力响应。
橡胶颗粒沥青混合料的黏弹性能研究
从表 ３ （ 第４ ５页 ） 可 以发 现 ， 随着 橡 胶颗 粒掺 量
的增加 ， 沥青混合料的最佳沥青用量增大 ， 毛体积密 度和 马歇 尔稳定 度减 小 。橡 胶 颗粒 与沥青 间存 在溶 胀作用，橡胶颗粒的掺入会 吸收更多的沥青而 自身
收稿 日期 ： ２ ０ １ ２ — ０ ４ — ２ ４ ； 修回 日期 ： ２ ０ １ ２ — １ ０ — １ １ 作者简介 ： 王志臣（ １ ９ ８ ７ 一 ） ， 男， 黑龙江鹤 岗人 ， 助理工程师 ， 工学硕士 ， ２ ０ ０ ９年毕业于东北林业 大学土木工程 （ 交通 土
建） 专业 ， ２ ０ １ １ 年毕业于大连海事大学道路与铁道工程专业 ；
孟祥竹 （ １ ９ ８ ６ 一 ） ， 男， 湖北荆 Ｉ ＇ １ 人， 讲师 ， 工学 硕士 ， ２ ０ ０ ８ 年毕业 于沈 阳建筑 大学 土木工程专业 ， ２ ０ １ １ 年毕业
于大连海事 大学道路与铁道工程专业 。
明，外掺法 的连续级配橡胶颗粒沥青混合料具有较
好 的减振 效果 。周纯 秀等认 为 由于橡 胶颗粒 的加 入改 变 了沥青路 面 的变形 特性 以及路 面 与冰雪 间的
（ Ｊ Ｔ Ｇ Ｅ ２ ０ ＿ ＿ ２ Ｏ １ １ ） 要求进行 ， 试验结果如表 ３ 所示 。
表 １ 橡胶颗粒沥青混合料级配组成
Ｉ １ ０ ０ ｌ ９ ９ ． ３ ｌ ９ ２ ． ４ ８ ｌ １ ｌ ３ ９ ． ２ ｌ ２ ５ ． ７ ｌ ２ １ ． ５ ｌ １ ７ ． ８ ｌ １ ４ ． ５ Ｊ １ １ ． ４ ｌ ９ ． ３ ｌ
表 ２ 橡胶颗粒技术指标 粒径 ｍ ｍ
Байду номын сангаас
２ ０ １ ３ 年第 １ 期
正常固结黏土的三维弹塑性本构模型
正常固结黏土的三维弹塑性本构模型正常固结黏土的三维弹塑性本构模型正常固结黏土是地下工程中常见的基础土。
由于它的重要性，建立一个准确的三维弹塑性本构模型对于分析土体变形和破裂行为至关重要。
正常固结黏土的三维弹塑性本构模型被广泛研究，本文将介绍几种常见的模型及其特点。
虽然弹性理论和弹塑性理论可以用来描述正常固结黏土的变形行为，但由于正常固结黏土实际上是一种非线性材料，因此需要使用弹塑性本构模型来更好地模拟实际情况。
1. 经典Drucker-Prager本构模型经典Drucker-Prager本构模型是最早的正常固结黏土三维弹塑性本构模型之一。
该模型假设土体处于剪切强度线上方，并在下垫面施加一定的正应力。
该模型的主要局限在于它是刚性塑性的，无法模拟正常固结黏土的压缩行为。
其次，该模型只能描述单一的剪切带，难以应用于非均质土体的模拟。
2. Mohr-Coulomb本构模型Mohr-Coulomb本构模型是较为常用的正常固结黏土三维弹塑性本构模型之一。
基于Mohr-Coulomb准则，该模型考虑到了土体的体积塑性，并可以通过改变剪切强度线来模拟不同类型的土。
该模型的缺点在于它无法模拟土体的非线性压缩行为。
此外，该模型也难以应用于非均质土体的模拟。
3. 双重Drucker-Prager本构模型双重Drucker-Prager本构模型是在经典Drucker-Prager本构模型的基础上进行改进的。
其允许土体出现多个剪切带，同时可以对非线性压缩行为进行较好的模拟。
该模型的缺点在于它仅适用于单一的土体类型模拟，并不能很好地模拟不同类型的土。
4. Cam-clay模型Cam-clay模型假设土体是一种可压缩的材料，并且它的体积变化与剪切应变有关。
该模型可以很好地模拟土体的体积塑性行为。
该模型的缺点在于它无法模拟土体的弹性行为，因此只适用于较大的应变范围内。
此外，该模型也难以应用于非均质土体解析。
总体来说，正常固结黏土的三维弹塑性本构模型具有复杂性和多样性。
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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。
(3)通过压缩和蠕变实验研究了沥青混合料的级配效应。
进行了沥青混合料级配组成原理分析和粗、细集料尺寸的界定研究,在此基础上研究了粗、细集料组成和配比对混合料力学行为的影响。
通过对抗压强度和蠕变率两个指标的计算、分析和比较,发现在保持粗、细集料含量不变的基础上,细集料(粒径小于2.36mm的集料)的尺寸、配比变化对沥青混合料力学行为的影响较小,而粗集料(粒径大于2.36mm的集料)的配比变化影响较大。
因此,在研究和分析中,可以将粒径2.36mm作为粗、细集料的分界线,忽略细集料配比变化对沥青混合料力学行为的影响,且沥青砂可看作一种均质材料,这是两步法研究沥青混合料力学行为的基础。