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基于离散元法的沥青混合料剪切变形数值模拟研究
摘要
沥青混合料在交通运输领域中广泛应用，其受到力学性能影响的因素较多。其中剪切变形是影响沥青混合料性能的主要因素之一。为了探究沥青混合料剪切变形的影响因素及其机理，本文采用离散元法建立了沥青混合料剪切变形数值模型，并进行数值模拟研究。通过分析模拟结果，得出了沥青混合料剪切变形的影响因素及其机理。
关键词：离散元法；沥青混合料；剪切变形；数值模拟；影响因素
Abstract
Asphaltmixtureiswidelyusedintransportationindustryanditsmechanicalpropertiesareinfluencedbymanyfactors.Sheardeformationisoneofthemainfactorsthataffecttheperformanceofasphaltmixture.Inordertoexploretheinfluentialfactorsandmechanismofsheardeformationinasphaltmixture,thispaperestablishesanumericalmodelofsheardeformationinasphaltmixtureusingthediscreteelementmethodandperformsnumericalsimulation.Byanalyzingthesimulationresults,theinfluentialfactorsandmechanismofsheardeformationinasphaltmixtureareobtained.
Keywords:discreteelementmethod;asphaltmixture;sheardeformation;numericalsimulation;influentialfactors
1引言
沥青混合料是现代公路建设中最常见的路面材料之一，其力学性能直接影响着公路的使用寿命和安全性。研究沥青混合料的力学性能及其影响因素对公路建设至关重要。其中，剪切变形作为一种常见的沥青混合料变形形式，在公路使用中也受到了广泛关注。剪切变形的产生过程及机理较为复杂，仅通过实验探究难以完全理解其本质。因此，借助数值模拟技术研究沥青混合料剪切变形的机理及其相关的影响因素是十分必要的。
2相关研究
目前，关于沥青混合料剪切变形的研究主要分为实验研究和数值模拟研究两种。
实验研究方面，经典的试验包括剪切试验、拉伸试验和压缩试验等。例如，Huang等人（2016）通过直剪试验探究了纤维增强沥青混合料剪切行为，得到了纤维增强沥青混合料的剪切特性曲线。Liu等人（2020）采用大变形均匀剪切试验探究了沥青混合料在剪切荷载作用下的应力应变响应。
数值模拟方面，目前主要采用离散元法、有限元法和边界元法等。其中，离散元法是一种有效地模拟颗粒体系变形和破裂过程的数值方法，广泛应用于混凝土、土壤、岩石和颗粒材料等的力学研究中（SillingandAskari，2016；CundallandStrack，1979）。Yang等人（2018）采用离散元法模拟了沥青混合料在剪切过程中的应力和应变响应。Hu等人（2019）利用离散元法模拟了沥青混合料的疲劳性能，通过对比分析模拟结果和实验结果，验证了离散元法模拟沥青混合料的可靠性。
3数值模拟方法
本文采用离散元法建立了沥青混合料剪切变形数值模型，并进行数值模拟研究。离散元法是一种基于颗粒体系离散特征的数值方法，其基本思想是将颗粒体系看作由许多微小的颗粒组成的，颗粒之间相互作用力通过应变能的计算来实现。在模拟过程中，每个颗粒的状态是随着时间而变化的，其大量的运动和相互作用会导致颗粒体系出现各种复杂的变形和破坏形态。
在数值模拟中，本文采用了Yade软件进行离散元模拟。首先，通过对沥青混合料进行形貌的分析，建立颗粒体系模型，包括沥青颗粒和骨料颗粒。然后，定义模型的初始状态，包括颗粒的数量、大小等参数。接下来，在模拟过程中，定义了沥青混合料模型的物理参数，包括沥青的黏滞系数、骨料的弹性模量、初始应力等。
最后，进行剪切模拟。在剪切模拟中，通过设定模拟过程中的边界条件和加载条件，对模型进行剪切变形。模拟得到的结果可以得到沥青混合料在剪切过程中的应力和应变响应。
4数值模拟结果分析
通过数值模拟，得到了沥青混合料在剪切过程中的应力和应变响应。通过分析模拟结果，得到了沥青混合料剪切变形的影响因素及其机理。
4.1沥青的黏滞性
沥青的黏滞性是影响沥青混合料剪切变形的重要因素之一。通过模拟不同黏滞系数的沥青混合料的剪切变形过程，得到了沥青的黏滞性对剪切变形的影响。结果表明，黏滞系数越大，剪切变形越难发生，表现为应