[发明专利]三维应力状态下沥青混合料疲劳特性温度相关性表征方法

摘要

本发明公开了三维应力状态下沥青混合料疲劳特性温度相关性表征方法，具体涉及道路工程领域，具体表征方法如下：S1、基于三维应力状态建立强度屈服面模型；S2、建立沥青混合料屈服面响应函数；S3、不同应力状态下疲劳应力路径的确定；S4、基于屈服准则思想的疲劳特性分析新方法。本发明方法从三维的角度重新定义了疲劳方程，并结合温度对疲劳寿命的影响，用温度对疲劳寿命进行表征。该方法确定的疲劳寿命方程，更科学，也更符合实际，可对我国沥青路面设计起到指导作用。

主权项

1.三维应力状态下沥青混合料疲劳特性温度相关性表征方法，其特征在于：具体表征方法如下：S1、基于三维应力状态建立强度屈服面模型；S1.1、建立三维应力状态下沥青路面材料的破坏准则，通过物体内一点作出无数个不同取向的截面，其中选出三个互相垂直的截面，用这三个截面表达某点上的应力，即此点的应力状态，根据三个主应力轴上的应力值，将应力状态分为三维应力状态、二维应力状态和单向应力状态；S1.2、基于八面体剪应力强度理论，将材料破坏时的任意应力状态用应力空间中的一个点唯一地表征，材料破坏时所有的应力状态构成应力空间中的一个连续曲面，该曲面为材料的强度屈服面，在强度屈服面中，建立主应力空间坐标，生成强度屈服面模型；在强度屈服面模型中，通过主应力轴在等倾面上的投影，确定σ₁’、σ₂’、σ₃’轴，然后经坐标原点与σ₁’、σ₂’、σ₃’轴确定等倾线；在强度屈服面模型中，将应力空间中任意应力矢在等倾线上的投影用八面体正应力表示；将应力矢在等倾面上的投影用八面体剪应力表示；将应力矢方向用罗德角表示；在强度屈服面模型中，不同静水压力下拉伸的屈服点合集形成拉子午线，不同静水压力下压缩的屈服点合集形成压子午线，某一静水压力下所有不同应力状态下屈服点合集形成破坏包络线，破坏包络线包括不同应力状态；最后在不同应力状态的强度屈服面模型中找到将不同应力状态下疲劳特性归一的方法；S1.2.3、利用Tresca屈服条件和Mises屈服条件，确认沥青混合料的屈服面与破坏面区别不大，得到的屈服准则值代表沥青混合料的破坏程度；S2、建立沥青混合料屈服面响应函数；利用屈服面的响应函数描述土工材料和沥青混合料在静水应力下的塑性响应；S3、不同应力状态下疲劳应力路径的确定；在不同应力状态下进行疲劳试验，在应力控制模式下以初始应力水平作为疲劳峰值，不同应力状态下疲劳试验的初始点在不同加载速率下强度屈服面中用坐标表示，不同加载次数下的应力状态点形成疲劳轨迹线，即疲劳应力路径，然后对不同应力状态下疲劳过程始终点进行线性拟合，建立三维应力状态下的疲劳模型；S4、基于屈服准则思想的疲劳特性分析新方法；采用屈服准则思想，利用不同应力状态下强度屈服面和不同应力状态下疲劳应力路径，结合温度对疲劳寿命的影响，通过温度对疲劳模型进行修正，得到一种三维应力状态下沥青混合料疲劳特性的温度相关性表达方法，具体为：轨迹线上初始状态点C到破坏状态点D的距离即CD的长短表征了其抗疲劳破坏的能力，CD越长，其抗疲劳能力越强，此时用OC与OD的长度之比来表征其抗疲劳破坏的能力，即：另一方面，破坏点D点的纵坐标即剪应力强度表征了在对应疲劳试验条件下，材料或结构所具有的抗破坏的能力，对于确定的屈服面条件，即剪应力强度一定的情况下，疲劳试验时的初始剪应力强度越小，其抗疲劳性能越强，此时用C点与D点的纵坐标之比来表征其抗疲劳破坏的能力，即：从以上分析可以看出，两式均具有明确的力学物理意义，二者的数值大小也是相等的，即：