[发明专利]一种基于扩展有限元的路面结构疲劳开裂数值模拟方法

摘要

本发明公开了一种基于扩展有限元的路面结构疲劳开裂数值模拟方法，包括：实验确定力学参数、热学参数、材料的疲劳寿命数据；拟合得到适用对应路面材料的疲劳损伤模型；利用疲劳模型对单元材料实现疲劳损伤的积累；定义损伤材料的裂缝成核起始准则；模拟温度场；模拟路面结构的疲劳开裂过程。本发明考虑了疲劳与开裂的相互耦合相互影响，且模拟中采用瞬态温度场，较准确地模拟了温度对于路面疲劳开裂问题的影响；实现了在近似实际路面状况下道路材料的疲劳‑开裂全过程模拟，更加有效地将室内试验的数据用于道路疲劳寿命的预测，为道路的设计与养护工作提供依据与指导。

主权项

一种基于扩展有限元的路面结构疲劳开裂数值模拟方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，进行室内材料试验，确定道路材料无损伤条件下的力学参数和热学参数，以及材料的疲劳寿命数据；步骤2，根据损伤力学，利用材料的疲劳寿命数据对疲劳损伤模型进行拟合得到适用对应路面材料的疲劳损伤模型；步骤3，将步骤2中得到的疲劳损伤模型编入ABAQUS有限元软件用户材料子程序UMAT，在子程序中实现材料的力学性质与热学性质定义，利用所述疲劳模型对单元材料实现疲劳损伤的积累，之后更新该节点的应力应变数据返回给主程序；步骤4，将扩展有限元裂缝XFEM性质赋予整个路面结构，使用ABAQUS提供的用户子程序UDMGINI定义损伤材料的裂缝成核起始准则；步骤5，预先利用当地路面的气象数据，对路面的不同季节典型温度场进行模拟；步骤6，重复设置所述温度场，并对路面结构施加适当荷载，利用热力耦合分析，实现瞬态温度场下的路面结构疲劳‑开裂全过程模拟。