基于扩展有限元的沥青路面疲劳开裂行为的数值研究

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1、乘兩大？參巧壬学位论文基于扩展有限元的浙青路面疲劳开裂行为的数值研究专业名碌；《通运输工程研究生姓名：金光来导师姓名；黄晓明教授ＮｕｍｅｒｉｃａｌＡｎ过ｌｓｉｓｏｆＦａｔｉｕｅＣｒａｃｋＧｒｏｗｔｈｙｇｉｎＡｓｈａｌｔＰａｖｅｍｅｎｔＢａｓｅｄｏｎｐＥｘｔｅｎｄｅｄＦｉｎｉｔｅＥｌｅｍｅｎｔＭｏｄｅｌＡＴｈｅｓｉｓＳｕｂｍｉｔｅｄ化ＳｏｕｔｈｅａｓｔＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙＦｏｒ化ｅＡｃａｄｅｍｉｃＤｅｇｒｅｅｏｆＤｏｃ

2、ｔｏｒｏｆＳｃｉｅｎｃｅＢＹＪＥＳ－ＴＧｕａｎｇｌａｉＳｕｅｒｖｉｓｅｄｂｙｐＰ－ｒｏｆ．ＨＵＡＮＧＸｉａｏｍｉｎｇＳｃｈｏｏｌｏｆＴｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎＳｏｕｔｈｅａｓｔＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙＪａｎｕａｒ２０１５ｙ东南大学学位论文独创性黄明本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研巧成果。尽我所知，除了文中特别加Ｗ标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得东南大学或其它教育机

3、构的学位或证书而使用一过的材料。与我同工作的同志对论文所做的任何贡献均己在论文中作了明确的说明并表示了谢意。心＾研究生签名：ｇ期：．东南大学学位论文使用授权亩明东南大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆有权保留本人所送交学位论文的，可Ｗ采用影印复印件和电子文档、缩印或其他复制手段保存论文。本人电子文档的内一容和纸质论文的内容相致，，可。除在保密期内的保密论文外允许论文被查阅和借阅Ｗ公布（包括刊登）论文的全部或部分内容。论文的公布（包括刊登）授权东南大学研究生院办理。

4、研究生游名、：师签名；日期：加、，了基于扩展有限元的渐青路面疲劳开裂行为的数值研究摘要研究生：金光来导师：黄晓明教授（东南大学交通学院，江苏南京，２１００％）疲劳开裂问题是影响況青路面使用性能和结构性能的重要因素，由于该问题自身所一具有的复杂性和重要性，使得疲劳开裂问题直是道路领域的研究热点和难点。传统的疲劳破坏研究总是将整个破坏过程分割为裂纹形成阶段和裂纹扩展阶段，再分别独立的一进行分析，难Ｗ将疲劳过程视为个连续的、自然的过程，同时也缺乏研究疲劳裂纹自由扩

5、展的有效手段（ＸＦＥＭ）的逐步应用，为疲劳开裂问题的研。随着扩展有限元技术究开拓了新的方向，本文根据巧青混合料的疲劳损伤特性并结合扩展有限元方法，提出一一套能够模拟结构从疲劳损伤到裂缝形成再到裂缝疲劳扩展这全过程的有效方法了。文章主要包括Ｗ下几个方面的内容：一在研究洒青混合料的疲劳开裂行为之前，先研究了单调加载作用下材料发生次性一．断裂的过程，为后续疲劳开裂研究提供定的基础，。本文Ｗ扩展有限元法为基本手段－选取单边切口梁、劈裂试件为研究对象，模拟渐青混合料在Ｉ型和ＩＩＩ复合型模式下

6、。通过深入分析试的力学响应变化、破坏形态等特性的开裂路径与开裂过程，阐述巧：、青混合料的断裂机理，位楚缝。研究发现小梁荷载达到峰值的时刻于损伤产生之后形成之前（未；小梁的断裂过程可Ｗ解释为损伤带内拉应力下降、未损伤带内拉应力上升进入损伤）或者上升后再下降（已经损伤）的过程，且损伤带长度不断增加。通过数值结果与巧验结果的对比，验证了扩展有限元法是模拟巧青混合料裂缝自由扩展的有效手段。，其次，根据疲劳损伤力学的基本原理，推导了小梁试件疲劳损伤的封闭解通过编制用户材料子程序ＵＭＡＴ实

7、现了疲劳损伤力学的数值算法。针对传统疲劳损伤模型在描述巧青渴合料劲度衰变中的不足，同时为了解决不同控制模式下疲劳破坏化态难Ｗ确一定的问题，深入研究了衡青混合料疲劳过程中的劲度变化规律与内部机理，并最终统，即将宏观裂纹形成时刻作为最终破坏状态了不同控制模式下的疲劳破坏状态。为了反映劲度的衰变规律Ｗ及疲劳极限的存在，提出了疲劳损伤修正模型，并基于Ｈ参数疲劳方程的回归分析探讨了疲劳极限的确定方法。研究表明：疲劳极限出现的标志是存在某一Ｈ参数方程，且回归结果能通过个低应变数据点，使得两参

8、数方程的相关性明显低于ｔ检验；在己经得到满足要求的疲劳极限值后，没有必要继续降低应变水平进行疲劳试，验，提出了疲劳损伤临界值的概念及其确定方法。为了使得损伤模型能够有效的应用１东南大学博±学位论文并研究了剩余强度的衰变规律，为后续疲劳断裂的研究提供理论基础。最后，对常用的小梁疲劳试验进行了疲劳损伤分析，促进了损伤模型在工程实际中的应用，并对疲劳过程中的疲劳寿命、劲度衰变、损伤演变Ｗ及力