随机材料非线性力学性能的多尺度分析及其在沥青混合料路面结构中的应用

以随机材料（沥青混合料）为研究对象，从细观构造入手研究其非线性力学性能的多尺度模型、算法及相关理论并运用其分析沥青混合料路面。一、运用CT工具与回归分析方法建立随机材料细观构造特征和表征方法及其多元概率模型与粘弹性、粘-弹-塑性模型；二、基于二阶双尺度思想，对随机材料运用上述两个模型，获取粘弹性、粘弹塑性性能的统计多尺度计算格式，给出随机材料非线性力学性能计算的多尺度有限元算法；三、研究具有随机系数的偏微分方程理论，给出多尺度方法计算非线性力学性能的收敛性理论，为多尺度方法分析随机材料非线性力学性能提供理论支持；四、运用CT工具与传统试验方法验证随机材料非线性力学性能并应用于具体沥青路面结构。期望获取随机材料细观构造特征及其非线性力学性能的多尺度计算模型与算法，从工程角度阐明随机材料的机理，多尺度方法的有效性，发展随机系数偏微分方程渐进理论；为分析随机材料非线性力学性能提供一种新的途径。

随机分布复合材料的非线性问题对于土木工程中水泥混凝土和沥青混合料的研究具有重要意义,本项目依托于沥青混合料对随机复合材料的非线性力学性能进行分析具有重要的实际工程背景和重要的科学意义。根据项目研究的内容对项目完成的情况做如下分析： .一、随机材料细观力学参数实验方面：以沥青混合料AC-13C为研究对象，根据比表面积、体积、质量比相等的原则，形成了不同尺度集料的沥青混合料试件,成型了小梁试件和圆柱形试件。运用不同模型，通过比较、采用优化控制模型获得了比较准确的弹性参数、渗透参数、蠕变和松弛参数以及简单强度特性，一定程度上解决了沥青混合料细观参数问题。.二、随机材料空间结构特征及概率模型方面：运用CT 工具和电镜扫描工具对沥青混合料AC-13C进行扫描获得了二维图像,采用回归分析方法和最小二乘方法建立了随机材料二维细观构造特征、表征方法和概率模型及模拟技术。.三、随机材料非线性力学性能的多尺度有限元算法方面：基于粘弹性力学性能的概率Burgers模型，推导了粘弹性性能计算的统计多尺度计算格式，获得了其非线性力学性能计算的多尺度有限元算法。.四、随机材料非线性力学性能计算的多尺度有限元算法数学理论方面：获取了计算随机材料粘弹性能力学性能多尺度方法的收敛性理论：多尺度渐进分析误差、蒙特卡罗模拟概率误差、大区域有限元误差和小尺度有限元误差。.五、沥青混合料实验及数值验证方面：采用上述的模型对工程实践中的路面结构、室内压缩进行了数值分析，与宏观的弹性、粘弹性性能进行了比较，说明了算法和实验的有效性，为研究和评价沥青混合料细观特性和应力集中区域的长期性能提供预测方法..六、沥青混合料的强度理论及塑性分析方面，其相应的复杂应力屈服准则和流动法则的获取是一个非常困难的实验问题（从经费上和实验手段和器材方面），结合郑健龙课题组进行了仪器开发，初步获得复杂应力的屈服准则，流动法则和相应的塑性分析目前还没有得出结果。. 由于本项目的资助，总计发表论文12篇（含接收），其中国外刊物8篇，国内刊物4篇，其中SCI检索2篇，EI检索9篇。出版专著1部，授权发明专利1项,已申请发明专利2项，获实用专利2项，软件著作权4项。获中国公路学会科学技术二等奖2项（1项排名第1,另一项排名3），湖南省科技进步奖1项（已公示）。参加国际国内会议3次。培养硕士生7名，博士生1名。