發(fā)布時(shí)間：2017-11-12 04:10

  本文關(guān)鍵詞：非軸對(duì)稱垂直荷載下層狀黏彈性體系理論解與應(yīng)用研究

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【摘要】：目前國內(nèi)外瀝青路面設(shè)計(jì)方法的力學(xué)模型是雙圓垂直均布荷載下層狀彈性體系。然而一方面,眾多實(shí)測或數(shù)值模擬顯示輪胎接地壓力并非典型的圓形均布荷載形式,其接地形式多呈現(xiàn)非軸對(duì)稱形式,而且接地荷載形式與胎壓及荷重相關(guān)。這樣采用圓形均布荷載來計(jì)算不能完整的反映輪胎荷載下路面結(jié)構(gòu)的力學(xué)響應(yīng)。另一方面,瀝青混合料是一種典型的黏彈性材料,材料性能會(huì)隨著荷載作用時(shí)間或環(huán)境溫度的變化而發(fā)生改變。因此,針對(duì)上述問題,構(gòu)建非軸對(duì)稱垂直荷載,考慮模型的簡潔性和適用性,采用Huet本構(gòu)模型描述瀝青混合料黏彈性能,分析雙曲拋物面荷載、橢圓荷載及材料性能變化對(duì)路面力學(xué)行為的影響。首先基于非軸對(duì)稱荷載下層狀彈性體系一般解,結(jié)合非軸對(duì)稱荷載下彈性半空間體表面荷載形式及無窮遠(yuǎn)處邊界條件,得到非軸對(duì)稱垂直荷載下彈性半空間體的應(yīng)力和位移計(jì)算表達(dá)式;基于實(shí)測結(jié)果,引入雙曲拋物面及橢圓荷載函數(shù)形式,得到兩種荷載形式下彈性半空間體理論解。根據(jù)公式編寫計(jì)算程序,分析不同荷載下彈性半空間體表面垂向應(yīng)變分布;計(jì)算結(jié)果表明,圓形均布荷載下路基頂部垂向應(yīng)變?cè)诤奢d圓內(nèi)相等,橢圓荷載下垂向應(yīng)變?cè)诤奢d圓中心最大、沿半徑方向逐漸減小,而雙曲拋物面荷載在圓心處最小、沿半徑方向逐漸增大,在荷載圓邊界處達(dá)到最大值。其次,結(jié)合雙層連續(xù)體系層間結(jié)合條件表達(dá)式,推導(dǎo)雙層連續(xù)體系中各層力學(xué)參數(shù)計(jì)算公式。根據(jù)公式編寫計(jì)算程序,分析不同荷載下路面結(jié)構(gòu)力學(xué)響應(yīng)分布;計(jì)算結(jié)果表明,橢圓荷載下,荷載圓中心處的第一主應(yīng)力、第一主應(yīng)變、最大剪應(yīng)力都比拋物面荷載、圓形均布荷載大。再次,結(jié)合多層體系層間結(jié)合條件表達(dá)式,采用系數(shù)遞推法推導(dǎo)多層體系荷載參數(shù)表達(dá)式,結(jié)果表明,非軸對(duì)稱垂直荷載下層狀彈性體系荷載參數(shù)只有iA、iB、iC、iD四項(xiàng),并且推導(dǎo)得到橢圓荷載和雙曲拋物面垂直荷載下應(yīng)力、位移理論解;編寫計(jì)算程序,采用半剛性基層及柔性基層作為算例,分析圓形均布荷載、雙曲拋物面荷載及橢圓荷載下路面結(jié)構(gòu)驗(yàn)算結(jié)果;計(jì)算結(jié)果表明,橢圓荷載下瀝青層疲勞及永久變形驗(yàn)算趨于不利狀態(tài),而三種荷載下半剛性基層疲勞及路基頂面永久驗(yàn)算結(jié)果相當(dāng);分析一天不同時(shí)刻路面結(jié)構(gòu)力學(xué)響應(yīng),研究結(jié)果表明,隨著環(huán)境溫度的變化,第一主應(yīng)力、第一主應(yīng)變、最大剪應(yīng)力的最大值的位置會(huì)隨著時(shí)間而發(fā)生改變。最后,分析Durbin法、Dubner法、FILT法及FT法四種Laplace數(shù)值反演方法精度、效率、長時(shí)間計(jì)算的有效性及參數(shù)的選取;結(jié)合彈性-黏彈性對(duì)應(yīng)原理,得到非軸對(duì)稱垂直荷載下層狀黏彈體系力學(xué)響應(yīng)理論解,引入Huet黏彈本構(gòu)方程,編寫計(jì)算程序,分析長期固定荷載和連續(xù)半正弦波荷載下路面結(jié)構(gòu)永久變形演化過程及不同時(shí)刻下路面結(jié)構(gòu)的力學(xué)響應(yīng);計(jì)算結(jié)果表明,荷載圓中心處的永久變形隨著時(shí)間增加而逐漸增加,最后趨于穩(wěn)定值;路面結(jié)構(gòu)應(yīng)變分布隨著時(shí)間發(fā)生變化,而應(yīng)力分布在一定時(shí)間之后不發(fā)生變化。本研究得到非軸對(duì)稱垂直荷載下層狀彈性/黏彈性體系理論解,并編寫了計(jì)算程序,其計(jì)算軟件及研究成果對(duì)路面力學(xué)及瀝青路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法具有一定的推動(dòng)作用。
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：U416.217
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本文編號(hào)：1174264