路面细观动力学研究

With the rapid economic development and the continuously increasing of traffic volume, axle load and vehicle speed, asphalt pavements are often damaged early, which influences traffic seriously, make great economic loss and impacts traffic safety. The existing pavement technology can't meet the requirement of pavement performance due to rapid improvement. Then it's necessary to consider inhomogeneity and randomness of asphalt concrete. In order to unclose the mechanism of pavement unstable failure, predict the performance of asphalt pavements, the theory of micromechanics, elastodyamics and FEM method will be introduced to deal with the problem. Considering the microstructure of asphalt concrete how influence its macro dynamic performance, dynamic effective elastic modulus and thermoelastic performance. Under the coupling act of temperature field and vehicle loads, the influence of microstuctures on the dynamic performance of asphalt pavement will be investigated. Considering the viscoelastic properties of asphalt concrete, the microscopic mechanism of unstable failure under dynamic loads will be analyzed, in which the factors such as traffic loads, temperature and microsturctural parameters will be considered.

随着经济高速发展，交通量与轴重逐渐增大，行车速度持续提高，沥青路面常常发生不同程度的早期破坏，影响了交通，产生了巨大的经济损失与安全隐患。现有的路面技术已经不能满足日新月异的道路性能要求，有必要考虑沥青路面在细观结构上的非均匀性与随机性特征。为揭示路面失稳破坏机理、预测路面动力学性能，拟采用细观力学、弹性动力学与有限元法等方法，考虑沥青路面的细观结构，分析计算沥青混合料细观结构与宏观动力学性能之间关系，研究细观结构参数对动态有效弹性模量与热弹性性能的影响。研究在温度场与车辆荷载联合作用下，细观结构对路面动力学性能的影响。考虑材料的粘弹性特性，研究路面在动力荷载下失稳破坏的微观机理，分析车辆荷载、温度、路面细观结构等因素对失稳破坏的影响。

本项目从事非均质材料的动力学研究，为从细观层次上应用研究路面动力学打下基础。均质材料是唯一的，非均质材料则各种各样。一个是材料参数随空间连续变化，即功能梯度材料。材料参数随着空间的变化均假设为时间的已知函数例如指数函数与幂函数。另外一大类则涉及到材料模量、材料的某些力学性质如梁的横截面随空间不连续变化，形成阶梯状有层次的结构。若要求得精确解，常常需要把偏微分方程化为常微分方程，但这只有在一维功能梯度材料介质中才能做得到。对于复杂的二维与三维非均质材料，控制方程本质上是偏微分方程，一般情况下难以求出精确解。研究路径是从研究一维功能梯度材料的力学问题，积累经验，希望在以后的研究中能并进一步研究二维与三维的夹杂动力学问题，做出突破。对于任意非均匀杆来说，我们研究其控制方程，采用积分迭代法，得到了对于任意非均匀杆的自由振动与强迫振动响应。求得了任意非均匀情况下的固有频率所满足的方程以及相应的振型函数。获得的级数是收敛的，并进行了证明。对于任意非均匀梁的自由振动与强迫振动，采用类似的方法，获得了一致收敛的级数解。此级数解也是从静力学上的解开始迭代。因此，所获得固有频率与振型在低阶时容易求得，高阶时虽然从理论上是收敛的，但从数值求解难度上看，求高阶固有频率比低阶难度要大一些。另外采用WKB 法，研究了研究接触网在移动荷载作用下的动力响应。采用改进的WKB法,计算了若干变截面压杆的临界荷载。本项目的研究，为进步研究夹杂动力学与路面动力学提供了研究思路。