沥青混合料离散颗粒流数值模拟与方法

目录
前言
第1章　绪论 1
1.1　离散颗粒流的发展与应用 1
1.1.1　数值计算方法与多尺度划分 1
1.1.2　离散颗粒流基本思想 4
1.1.3　离散颗粒流的数值计算软件 9
1.2　离散颗粒流实际工程应用可行性 11
1.2.1　离散颗粒流在岩土工程中的应用 11
1.2.2　离散颗粒流在水利工程中的应用 12
1.2.3　离散颗粒流在农业工程中的应用 14
1.2.4　离散颗粒流在道路工程中的应用 15
参考文献 16
第2章　颗粒流程序PFC2D/3D 17
2.1　离散元方法与颗粒流程序PFC 17
2.1.1　颗粒流程序PFC的基本元素 17
2.1.2　颗粒流程序的特点与优势 20
2.1.3　颗粒流程序运行的计算机硬件要求 21
2.2　颗粒流程序PFC的组成与工具 22
2.2.1　PFC的工具组成 22
2.2.2　PFC的常用菜单 24
2.2.3　PFC的常用命令 26
2.2.4　PFC的文件类型 30
2.3　颗粒流程序PFC的Fish语言 32
2.3.1　Fish语言规则、变量和函数 32
2.3.2　Fish语句 35
2.3.3　Fish和PFC的关联 37
2.3.4　PFC的帮助文档 39
参考文献 39
第3章　基于离散颗粒流的集料成型与级配骨架理论研究 41
3.1　集料形貌扫描及数值成型方法 41
3.1.1　AIMS骨料扫描技术 41
3.1.2　基于半径扩大法和内部填充法的集料简化二维形态成型方法 46
3.1.3　基于棱角度指标的集料真实二维形态成型方法 47
3.1.4　基于随机算法的集料不规则三维形态成型方法 49
3.2　沥青混合料二维集料骨架力学响应数值模拟分析 52
3.2.1　单一、组合粒径集料单轴贯入试验数值模拟 52
3.2.2　二维骨架成型方法细观接触力状态分析 54
3.2.3　二维骨架成型方法计算效率对比分析 57
3.3　沥青混合料三维集料骨架理论数值模拟分析 58
3.3.1　沥青混合料局部骨架理论 58
3.3.2　沥青混合料全局骨架理论 62
3.3.3　沥青混合料级配骨架理论验证 64
3.3.4　三维骨架级配细观接触力学特性分析 67
3.3.5　三维骨架级配配位数与力链形成机制 71
参考文献 78
第4章　基于离散颗粒流的沥青混合料疲劳失效研究 79
4.1　沥青混合料数值成型方法 79
4.1.1　沥青混合料二维数值试件级配的确定 79
4.1.2　沥青混合料二维数值试件成型 83
4.1.3　沥青混合料三维数值试件成型 89
4.2　沥青混合料虚拟疲劳试验数值模拟 93
4.2.1　疲劳损伤离散元表征 93
4.2.2　四点小梁弯*疲劳试验数值模拟 97
4.2.3　虚拟疲劳数值试验验证 102
4.3　沥青混合料细观结构对疲劳性能的影响 106
4.3.1　集料宏观特征影响性分析 106
4.3.2　集料细观特征影响性分析 112
4.3.3　空隙结构特征影响性分析 118
4.4　移动荷载下沥青路面材料疲劳特征多尺度数值模拟 121
4.4.1　移动荷载下路面结构响应分析 121
4.4.2　路面结构层模量和厚度影响性分析 131
4.4.3　路面结构层间黏结影响性分析 134
4.4.4　移动荷载大小和速度影响性分析 136
4.4.5　移动荷载间歇时间影响性分析 138
参考文献 139
第5章　基于离散颗粒流的沥青混合料永久变形研究 140
5.1　力学-经验车辙预测模型 140
5.1.1　基于应力-应变的两阶段车辙预估模型 140
5.1.2　基于黏弹性回弹应变的三阶段车辙预估模型 142
5.2　车辙试验数值模拟 144
5.2.1　数值车辙试件成型与分析 144
5.2.2　数值车辙试件内部接触力分布 148
5.2.3　虚拟车辙试件内部位移分布 151
5.2.4　粗集料空间运动轨迹变化 155
5.2.5　粗集料转角变化 158
5.2.6　粗集料接触状态变化 160
5.3　沥青混合料结构对永久变形性能的影响 161
5.3.1　集料宏观特征影响性分析 161
5.3.2　集料细观特征影响性分析 166
5.3.3　空隙结构特征影响性分析 172
参考文献 178
第6章　基于离散颗粒流的胶粉改性沥青混合料断裂研究 179
6.1　室内断裂试验设计 179
6.1.1　胶粉改性沥青断裂试验 179
6.1.2　胶粉改性沥青砂浆断裂试验 184
6.1.3　胶粉改性沥青混合料断裂试验 188
6.2　胶粉改性沥青及混合料数值成型方法 191
6.2.1　边缘识别分水岭算法 191
6.2.2　胶粉颗粒随机分布算法 194
6.2.3　本构添加与非均匀赋参 195
6.3　胶粉改性沥青断裂数值模拟分析 200
6.3.1　宏观断裂响应行为特性分析 200
6.3.2　虚拟断裂过渡区演化分析 203
6.3.3　微裂纹扩展与胶粉增韧机制 204
6.3.4　宏观断裂能与微观耗散能分析 209
6.4　胶粉改性沥青砂浆断裂数值模拟分析 211
6.4.1　宏观断裂响应行为特性分析 211
6.4.2　微裂纹扩展与胶粉增韧机制 213
6.4.3　宏观断裂能与微观耗散能分析 216
6.4.4　断口形貌与失效机制分析 218
6.5　胶粉改性沥青混合料断裂数值模拟分析 226
6.5.1　DC(T)数值模拟 226
6.5.2　I-FIT数值模拟 228
6.5.3　IDEAL-CT数值模拟 232
6.5.4　界面黏结强度影响性分析 235
6.5.5　空隙率影响性分析 238
参考文献 241
第7章　基于离散颗粒流的双层排水沥青混合料空隙堵塞与衰变研究 242
7.1　双层排水沥青混合料空隙结构仿真 242
7.1.1　空隙结构提取 242
7.1.2　空隙结构分类 243
7.1.3　空隙结构指标 245
7.2　双层排水沥青混合料空隙结构形成数值模拟分析 248
7.2.1　空隙率与连通空隙率 248
7.2.2　公称*大粒径对空隙结构形成的影响 248
7.2.3　干扰粒径集料对空隙结构形成的影响 252
7.2.4　空隙结构形成机制验证 254
7.3　双层排水沥青混合料空隙结构衰变规律数值模拟分析 255
7.3.1　排水沥青混合料车辙试验数值模拟 255
7.3.2　室内车辙试验对比验证 257
7.3.3　空隙结构衰变规律 258
7.4　双层排水沥青路面空隙堵塞数值模拟分析 260
7.4.1　双层排水沥青路面结构成型 260
7.4.2　堵塞物模型构建 261
7.4.3　重力和流水作用下的空隙堵塞试验数值模拟 263
参考文献 268