胎-路交互作用下的沥青路面细观损伤多尺度表征及演化机理研究

Tire - road interaction is the most direct reason for pavement damage behavior. Unable to get online real tri-axial tire - road interaction stress and distribution, the mechanical simulation and experimental research for the road diseases and damage has certain defects in the past. Pavement dynamic load simulation in laboratory, field measurement of tri-axial tire - road interaction stress and distribution, structural damage visualization experiment and research methods are adopted in this project. Pavement structural damage characteristic information extraction with high precision and multi-scale representation problems are solved, the structure damage model under three dimensional stress is construct, asphalt pavement mechanics behavior under tire - road interaction of the whole life is analyzed, the diseases operation of the whole life and the mechanism and structure damage evolution of the asphalt pavement are revealed, theoretical foundation and technical methods of pavement mechanical design theory of optimization and maintenance methods are provided.

胎-路交互作用是路面损伤行为的最直接原因，由于不能真实在线获取胎-路交互作用下的三维应力及其分布，以往的路面病害与损伤的力学仿真与试验研究均存在一定的缺陷。本项目将采用实验室路面动态加载仿真、胎-路接触三维应力及其分布道路实测、结构损伤可视化的试验与研究方法，研究沥青路面与轮胎交互作用的三维应力分布特性，解决路面结构损伤特征信息高精度提取与多尺度表征等问题，构建三维应力作用下结构损伤模型，实现胎-路交互作用下沥青路面全寿命力学行为分析，揭示沥青路面营运下的全寿命病害产生与结构破坏演化机理，为路面力学设计理论优化及养护方法提供理论基础与技术方法。

胎-路交互作用是路面损伤行为的最直接原因，由于不能真实在线获取胎-路交互作用下的三维应力及其分布，以往的路面病害与损伤的力学仿真与试验研究均存在一定的缺陷。.在研究胎-路交互作用下三维应力及其分布过程中发现路表纹理特性、粗集料纹理特性、粗集料形态特性对胎-路交互作用有较大的影响，因此项目首先开展了粗集料形态特性、粗集料纹理特性与路表纹理特性表征研究，提取了粗集料三维形态指标，提出了分段变维纹理特性表征方法，验证了集料、路表纹理多重分形特性，分析了集料纹理特性对沥青混合料高温稳定性、低温性能、水稳定性抗滑性能的影响，揭示了路表纹理磨光机理，为胎-路交互作用机理研究提供了依据。.针对纵向花纹轮胎的高度非线性、复杂接触应力空间分布特征研究中的不足，综合应用汽车系统动力学理论、轮胎稳态滚动分析方法、有限元分析方法建立了基于载重汽车纵向花纹轮胎的轮胎-路面接触三维有限元模型，基于混合Lagrange-Eulerian方法和Steady-state transport分析，深入研究分析了不同参数与典型工况对轮胎-路面复杂接触应力的影响，揭示了不同工况下接触应力的空间分布特征，为分析由胎-路三轴应力变化导致的路面破坏提供了理论依据。.在分析胎-路接触三轴应力空间分布特征的基础上，开展了复杂荷载作用对路面车辙的影响。分析了自由滚动工况、完全制动工况下竖向永久变形与压缩蠕变等车辙指标的影响规律，并结合正交试验方法与数理统计方法，应用极差分析和方差分析，量化了多因素多水平对车辙评价指标影响的主次和显著性特征，为路面车辙的养护方法提供了理论支撑。.路面车辙等路面病害与沥青老化有密切关系。基于红外光谱技术(FTIR)，揭示了沥青热氧老化机理，以耗散能变化率为疲劳寿命评价指标，结合FTIR和主成分分析方法（PCA）建立并验证了沥青老化时程和疲劳寿命预估模型，为沥青路面老化性能评价体系的建立奠定了理论基础。.项目完成了计划书规定的内容，实现了预期目标，达到了预期目的。研究成果支撑了项目组获得湖北省科技进步一等奖、教育部发明奖二等奖，申请发明专利7项，授权发明专利10项，实用新型专利1项，发布国家标准1项，出版学术专著1部、教材1部，发表学术论文23篇（其中SCI收录10篇，EI收录3篇），培养博士后1名、博士生3名、硕士研究生7名，参加国际学术会议11次，资助1人国外访学1年。