预测大掺量胶粉改性沥青剪切疲劳寿命的计算方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种预测大掺量胶粉改性沥青剪切疲劳寿命的计算方法。该方法包括：基于不同扫描时长的线性振幅扫描数据和时间扫描数据，建立所述平行板沥青样品的疲劳失效准则，基于所述疲劳失效准则，得到所述疲劳失效准则的失效准则参数；根据所述线粘弹特性参数、所述损伤特性参数和所述失效准则参数，并基于所述平行板沥青样品的本构关系，建立疲劳寿命预测模型，所述疲劳寿命预测模型用于预测不同应变水平下所述大掺量胶粉改性沥青的疲劳寿命。本发明专利技术提供的预测大掺量胶粉改性沥青剪切疲劳寿命的计算方法能够对大掺量胶粉改性沥青的疲劳性能做出定量分析和判断。性沥青的疲劳性能做出定量分析和判断。性沥青的疲劳性能做出定量分析和判断。

【技术实现步骤摘要】
预测大掺量胶粉改性沥青剪切疲劳寿命的计算方法及装置


[0001]本专利技术涉及建筑材料
，特别是涉及一种预测大掺量胶粉改性沥青剪切疲劳寿命的计算方法及装置。

技术介绍

[0002]在车辆载荷的反复作用下，沥青路面会不可避免地发生疲劳开裂，疲劳裂缝的存在严重影响和制约着路面的服役性能。而沥青的抗疲劳性能对于沥青路面的抗疲劳裂缝开裂能力有着重要作用，因此需要对不同沥青材料的疲劳性能进行评价和判断。废旧橡胶粉用于沥青改性技术极大地降低了路面养护成本，提高了废旧轮胎的无害化利用率，带来了显著的经济效益和社会效益。虽然胶粉改性沥青正逐步应用于沥青路面铺装(胶粉掺量一般在20％左右)，但目前尚缺乏针对大掺量胶粉改性沥青(掺量达到30％及以上)的疲劳寿命预测方法。在实际工程中需要快速判断不同种类大掺量胶粉改性沥青疲劳性能的优劣，从而优化胶粉改性沥青路面结构的材料选择。

技术实现思路

[0003]本专利技术要解决的技术问题是提供一种预测大掺量胶粉改性沥青剪切疲劳寿命的计算方法及装置，能够对大掺量胶粉改性沥青的疲劳性能做出定量分析和判断。
[0004]为解决上述技术问题，本专利技术提供了一种预测大掺量胶粉改性沥青剪切疲劳寿命的计算方法，所述方法包括：获取不同温度下平行板沥青样品的频率扫描数据，基于所述频率扫描数据和时
‑
温等效原理得到大掺量胶粉改性沥青的线粘弹特性参数；获取所述平行板沥青样品的时间扫描数据，根据实际扫描数据，得到所述平行板沥青样品的损伤特性曲线，基于所述损伤特性曲线，得到所述大掺量胶粉改性沥青的损伤特性参数；基于不同扫描时长的线性振幅扫描数据和所述时间扫描数据，建立所述平行板沥青样品的疲劳失效准则，基于所述疲劳失效准则，得到所述疲劳失效准则的失效准则参数；根据所述线粘弹特性参数、所述损伤特性参数和所述失效准则参数，并基于所述平行板沥青样品的本构关系，建立疲劳寿命预测模型，所述疲劳寿命预测模型用于预测不同应变水平下所述大掺量胶粉改性沥青的疲劳寿命。
[0005]在一些实施方式中，获取不同温度下平行板沥青样品的频率扫描数据，包括：在预设的不同温度下对所述平行板沥青样品进行频率扫描，频率扫描范围为0.1
‑
100rad/s，应变水平为1％。
[0006]在一些实施方式中，基于所述频率扫描数据和时
‑
温等效原理得到大掺量胶粉改性沥青的线粘弹特性参数，包括：对所述扫描数据进行水平位移，得到代表沥青线粘弹性特征的动态剪切模量主曲线；由所述动态剪切模量主曲线计算换算加载频率为20πrad/s时的动态剪切模量，得到所述线粘弹特性参数。
[0007]在一些实施方式中，动态剪切模量主曲线使用CAM方程拟合，表达式为：
[0008][0009]其中，为沥青的玻璃态剪切模量，选取109Pa；m为主曲线第三条渐近线的斜率；k是形状参数，无量纲；f
c
为关于加载频率的主曲线位置拟合参数；f
′
为换算加载频率，f
′
＝φ
T
×
f；其中，f为实际加载频率；φ
T
为温度位移因子。
[0010]在一些实施方式中，温度位移因子通过WLF非线性拟合方程计算得到，所述WLF非线性拟合方程为：
[0011][0012]其中，T为施加加载温度；T0为主曲线参考温度；D1为常数，无量纲；D2为常数，单位℃。
[0013]在一些实施方式中，获取所述平行板沥青样品的时间扫描数据，包括：对所述平行板沥青样品进行应变控制型时间扫描，获取所述时间扫描数据，应变水平范围为1％
‑
10％；当所述平行板沥青样品的动态剪切模量衰减至初始值的10％时停止扫描。
[0014]在一些实施方式中，损伤特性曲线的方程由材料虚模量和损伤变量进行拟合，表达式为C为材料虚模量，S为损伤变量，C1和C2为规划求解的最佳拟合参数；
[0015]其中材料虚模量的计算公式如下：
[0016][0017]τ
p
是任意加载周期i内的剪切应力峰值，DMR参数为动态模量比值，等于|G
*
|
试样
/|G
*
|0，|G
*
|
试样
为频率扫描试验得到的线粘弹性模量，γ
pR
为此加载周期内的虚剪切应变峰值，定义为：
[0018]γ
pR
＝γ
p
×
|G
*
|0[0019]其中，γ
p
是材料的剪切应变峰值；
[0020]损伤变量S的计算公式如下：
[0021][0022]其中，j代表计算损伤时选取的时间间隔，α＝1/m，N是循环加载次数。
[0023]在一些实施方式中，建立所述平行板沥青样品的疲劳失效准则包括：在线性振幅扫描中，将大掺量胶粉改性沥青的疲劳失效点定义为以加载次数N为横坐标，以虚应变存储能为纵坐标的曲线拐点；虚应变存储能W
sR
的计算如下所示：
[0024][0025]在时间扫描试验中，将大掺量胶粉改性沥青的疲劳失效点定义为以加载次数N为横坐标，C
×
N为纵坐标的曲线拐点；在时间扫描和线性振幅扫描中分别计算大掺量胶粉改性沥青从第一次加载至疲劳失效点的虚应变能释放率，从而建立统一的疲劳失效准则。
[0026]在一些实施方式中，所述虚应变能释放率G
R
为：
[0027][0028]其中W
rR
为所述平行板沥青样品的在每一个加载周期的虚应变释放能，A代表虚应变释放能W
rR
曲线对加载次数的数值积分，N
f
是所述平行板沥青样品的的疲劳寿命，虚应变释放能W
rR
的计算公式如下：
[0029][0030]根据虚应变能释放率和疲劳寿命N
f
的幂函数关系建立失效准则，表达式如下：
[0031]G
R
＝a
·
(N
f
)
b
[0032]其中a、b为失效准则参数。
[0033]此外，本专利技术还提供了一种一个预测大掺量胶粉改性沥青剪切疲劳寿命的计算装置，包括：或多个处理器；存储装置，用于存储一个或多个程序，当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行，使得所述一个或多个处理器实现根据前文所述的预测大掺量胶粉改性沥青剪切疲劳寿命的计算方法。
[0034]采用这样的设计后，本专利技术至少具有以下优点：
[0035]本专利技术公开了一种预测大掺量胶粉改性沥青剪切疲劳寿命的计算方法及装置，在粘弹性连续介质损伤力学的理论基础上，通过频率扫描试验、多重加载速率线性振幅扫描试验和单一应变水平的时间扫描疲劳试验获取材料的基础性能参数，进而基于材料的本构关系建立针对大掺量胶粉改性沥青的疲劳寿命预测计算方法。它解决了大掺量本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种预测大掺量胶粉改性沥青剪切疲劳寿命的计算方法，其特征在于，包括：获取不同温度下平行板沥青样品的频率扫描数据，基于所述频率扫描数据和时
‑
温等效原理得到大掺量胶粉改性沥青的线粘弹特性参数；获取所述平行板沥青样品的时间扫描数据，根据实际扫描数据，得到所述平行板沥青样品的损伤特性曲线，基于所述损伤特性曲线，得到所述大掺量胶粉改性沥青的损伤特性参数；基于不同扫描时长的线性振幅扫描数据和所述时间扫描数据，建立所述平行板沥青样品的疲劳失效准则，基于所述疲劳失效准则，得到所述疲劳失效准则的失效准则参数；根据所述线粘弹特性参数、所述损伤特性参数和所述失效准则参数，并基于所述平行板沥青样品的本构关系，建立疲劳寿命预测模型，所述疲劳寿命预测模型用于预测不同应变水平下所述大掺量胶粉改性沥青的疲劳寿命。2.根据权利要求1所述的预测大掺量胶粉改性沥青剪切疲劳寿命的计算方法，其特征在于，获取不同温度下平行板沥青样品的频率扫描数据，包括：在预设的不同温度下对所述平行板沥青样品进行频率扫描，频率扫描范围为0.1
‑
100rad/s，应变水平为1％。3.根据权利要求1所述的预测大掺量胶粉改性沥青剪切疲劳寿命的计算方法，其特征在于，基于所述频率扫描数据和时
‑
温等效原理得到大掺量胶粉改性沥青的线粘弹特性参数，包括：对所述扫描数据进行水平位移，得到代表沥青线粘弹性特征的动态剪切模量主曲线；由所述动态剪切模量主曲线计算换算加载频率为20πrad/s时的动态剪切模量，得到所述线粘弹特性参数。4.根据权利要求3所述的预测大掺量胶粉改性沥青剪切疲劳寿命的计算方法，其特征在于，动态剪切模量主曲线使用CAM方程拟合，表达式为：其中，为沥青的玻璃态剪切模量，选取109Pa；m为主曲线第三条渐近线的斜率；k是形状参数，无量纲；f
c
为关于加载频率的主曲线位置拟合参数；f
′
为换算加载频率，f
′
＝φ
T
×
f；其中，f为实际加载频率；φ
T
为温度位移因子。5.根据权利要求4所述的预测大掺量胶粉改性沥青剪切疲劳寿命的计算方法，其特征在于，温度位移因子通过WLF非线性拟合方程计算得到，所述WLF非线性拟合方程为：其中，T为施加加载温度；T0为主曲线参考温度；D1为常数，无量纲；D2为常数，单位℃。6.根据权利要求1所述的预测大掺量胶粉改性沥青剪切疲劳寿命的计算方法，其特征在于，获取所述平行板沥青样品的时间扫描数据，包括：对所述平行板沥青样品进行应变控制型时间扫描，获取所述时间扫描数据，应变水平范围为1％
‑
10％；
当所述平行板沥青样品的动态剪切模量衰减至初始值的10％时...

【专利技术属性】
技术研发人员：王国清，曹东伟，王志斌，黄士周，邱文利，孙彦广，许忠印，夏磊，权恒友，马明晓，张少波，李荣旭，冯雷，曹佳斌，陈攀，李倩倩，王艳丽，罗立红，石磊，张莹，李海冬，高新文，张博，
申请(专利权)人：中路高科交通检测检验认证有限公司，
类型：发明
国别省市：