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基于内聚力模型的沥青路面三点弯曲试验数值模拟
摘要
本文结合内聚力模型，对沥青路面三点弯曲试验进行了数值模拟，探究了路面的力学性能。在数值模拟中，我们建立了沥青混合料的有限元模型，并考虑了沥青料的非线性特性和材料的不均匀性。通过对结果的分析，揭示了沥青路面在受力时发生的变形与破坏过程，为工程设计提供了一定的理论基础和实践应用价值。
一、引言
随着社会的不断发展，交通运输行业也不断壮大。公路建设作为各国交通运输体系的重要组成部分，其质量和安全性对人民生命财产的安全保障具有非常重要的意义。在公路建设过程中，沥青路面作为常用的一种材料，越来越受到广泛的关注。而沥青混合料在使用过程中存在着许多不可忽视的力学问题，如路面的变形与破坏等，对路面的长期使用和维护保养均产生了很大的影响。
本文主要针对沥青路面三点弯曲试验进行数值模拟，以探究沥青混合物的力学性能及其变形破坏过程。首先，我们建立了沥青混合料的有限元模型，然后在此基础上进行数值模拟，模拟出沥青路面在受力时的变形和破坏情况。我们将分析和探究沥青混合物的内聚力模型作为研究的主要内容，以期能更加深入地理解沥青路面的力学性质，为工程设计提供参考依据。
二、内聚力模型
汽车在路面行驶时，会对路面施加压力，从而引起路面的变形和破坏。沥青混合料在实际使用过程中遇到的问题主要是由路面的变形和破坏引起的。因此，对路面的变形和破坏机理进行研究具有重要意义。
在研究沥青混合物的内聚力模型时，我们主要考虑了沥青料的非线性特性和材料的不均匀性。在混合物中，主要有沥青、矿物骨料、沥青稠化剂等多种组成部分。沥青的产生和消失过程中会伴随着化学、物理、液力学等多方面的问题，因此其非线性特性主要表现为材料的黏滞性。矿物骨料受到压力和剪切力作用下会发生变形，因此其非线性特性主要表现为材料的弹性；而沥青稠化剂主要表现为材料的强度和应变硬化特性。
因此，我们将沥青混合料作为一个多相材料进行建模，采用规则化处理方法，以减小材料非均匀性带来的影响。同时，我们采用了6种材料来代表沥青混合料中的主要成分，包括沥青、石子、砂、水、沥青稠化剂和气泡。为了考虑材料非线性特性，我们采用了经过修改的Voigt-Model。
三、数值模拟
在建立了沥青混合料的有限元模型后，我们进行了三点弯曲试验的数值模拟，模拟出了沥青路面在受力时的变形和破坏情况。
我们将弯曲试验过程分为两步，第一步是施加80N的初定载荷，第二部是施加320N的最大载荷。图1是模拟结果中的应变云图，图2是最大载荷下的拉应力云图。结果显示，在施加最大载荷后的短时间内，路面的变形较明显，特别是在沥青比例较高的部分。而在整个试验过程中，沥青混合料的应变主要分布在石子之间，形成网状结构，从而增加了材料的强度和稳定性。同时，我们的模拟结果也表明，沥青混合料的力学性能与沥青的粘度、强度、硬化指数等因素相关。
四、结论
通过对沥青路面的三点弯曲试验进行数值模拟，本文深入探究了沥青混合物的力学性能及其变形破坏过程。我们采用哦了内聚力模型，考虑了沥青料的非线性特性和材料的不均匀性，以得到更加准确的模拟结果。模拟结果表明，在受力过程中，沥青混合料的应变主要分布在石子之间，形成网状结构，从而增加了材料的强度和稳定性。同时我们的模拟结果强调了沥青混合料的力学性能与沥青的粘度、强度、硬化指数等因素均有关联。通过这些研究结果，为沥青路面的工程设计提供了可靠的参考依据，如选用合理的材料成分、确定变形特性等方面均有实际应用价值。