应力、应变控制模式下沥青疲劳损伤差异机理分析

疲劳破坏是沥青路面结构基础理论与设计的本源性问题，多年来沥青材料疲劳性能的研究一直倍受关注。但是, 沥青材料的疲劳性能依赖于加载模式：应力、应变控制模式下其疲劳寿命差异很大,造成沥青材料疲劳性能的评价结果不唯一。针对这一问题，本项目从沥青的动、静态力学特性入手，详细分析沥青在应力与应变作用模式下的变形特性；研究应力与应变作用模式下时域和拉氏域内沥青的本构关系；在此基础上分析粘弹参数的象函数和象原函数的变化规律，建立应力控制模式下沥青性能与应变控制模式下沥青性能的转换函数；结合对沥青试样内部微观结构变化的分析，研究应力、应变控制模式下沥青的疲劳损伤差异机理；确定沥青的疲劳失效判据，提出合理统一的沥青疲劳评价指标。.本项目的研究揭示了沥青疲劳的实质，对于沥青疲劳性能评价和预测具有重要意义，对于路面力学和材料学科的发展有一定的推动作用。

疲劳破坏是沥青路面结构基础理论与设计的本源性问题，多年来沥青材料疲劳性能的研究一直倍受关注。但是，沥青材料的疲劳性能依赖于加载模式：应力、应变控制模式下其疲劳寿命差异显著，造成沥青疲劳性能的评价结果不唯一，难以选择优质沥青用于沥青路面建设。因此，挖掘应力、应变控制模式下沥青的疲劳损伤差异机理，建立统一的沥青疲劳评价指标已成为目前亟待解决的问题。.基于以上原因，本项目详细分析了沥青的动、静态力学性能；基于分析结果选出Maxwell模型、三参数液体模型、Burgers模型、广义Maxwell模型和1S2P1D模型进行对比分析，分别比较5种模型描述的蠕变、松弛、复数模量、相位角等粘弹参数的变化规律与实际变化规律的差别。以应力应变对作为控制荷载，详细研究了两种沥青在20℃和25℃下的疲劳性能。基于复数模量-相位角关系曲线，提出了沥青疲劳过程的两阶段划分方法以及荷载控制模式影响阈值确定方法。基于不同控制模式下累计耗散能变化规律，建立了应力、应变控制模式下沥青疲劳性能转换函数。采用体式显微镜分析了荷载作用不同时期，沥青试样横截面的变化情况，分析了不同控制模式下，沥青内部裂纹的发展规律。提出以应力控制模式下DER曲线的转折点作为疲劳评价指标并分析了该指标的合理性。研究结果表明：1S2P1D模型较适合作为沥青的本构模型。沥青疲劳性能在第一阶段不受荷载控制模式影响，第二阶段内两种控制模式下的累计耗散能曲线成对称关系。两种控制模式下沥青疲劳性能的差异是由于裂纹发展的快慢以及裂纹形式的不同造成的。应力控制模式下DER曲线转折点为发丝状银纹出现点，以此作为沥青疲劳评价指标可以消除荷载作用模式的影响。.依托该项目发表论文12篇，其中SCI检索9篇，EI检索3篇；获授权发明专利1项、受理发明专利1项；参加相关领域序列国际会议4次；协助培养博士研究生2名、硕士研究生3名，独立培养硕士研究生1名。通过项目研究分别与法国H. Di Bendedtto教授团队和美国B.Shane Underwood博士团队建立了长期的合作关系。该项目的研究成果对于沥青材料疲劳性能评价及预测具有重要意义，对于其它粘弹材料损伤机理的分析具有一定的参考价值。此外，研究成果对于路面力学和材料学科的发展也有一定的推动作用。