16642

16642

تحليل تجربي و عددي رفتار شكست مخلوط هاي آسفالتي

كارشناسي ارشد

طراحي كاربردي - مكانيك جامدات

شهريور ماه 1395

دكتر هادي خرمي شاد - دكتر محمد رضا محمد عليها

مكانيك

چكيده آسفالت ماده اي است كه از مخلوط كردن شن، ماسه و قير ساخته مي شود، يكي از مهمترين خرابي هاي رويه هاي آسفالتي ايجاد و رشد ترك مي باشد. سالانه هزينه هاي گزافي جهت تعمير و بازسازي رويه هاي آسفالتي آسيب ديده صرف مي شود. ايجاد و گسترش ترك در رويه هاي آسفالتي مي تواند تحت تاثيرعوامل مكانيكي نظير عبور وسيله هاي نقليه يا محيطي نظير سيكل هاي دمايي حاصل از تغييرات فصلي دما ايجاد شود. به منظور كاهش هزينه و زمان در بررسي رفتار شكست مخلوط هاي آسفالت، روش هاي مدلسازي عددي از اهميت خاصي برخوردار است. به دليل اينكه مخلوط هاي آسفالتي در دماهاي پايين رفتار تُردي دارند، از اينرو رفتار آنها را در دماهاي پايين مي توان با استفاده از تئوري مكانيك شكست الاستيك خطي بررسي كرد. رفتار شكست مخلوط هاي آسفالتي علاوه بر دما متأثر از نرخ بارگذاري نيزمي‌باشد، بعبارت ديگر اگر دما پائين و در عين حال نرخ بارگذاري نيز پائين باشد، رفتار مواد آسفالتي ويسكوالاستيك خواهد بود. بنابراين براي رفتار الاستيك بايد دما پايين و نرخ بارگذاري بالا باشد. روشهاي عددي مختلفي براي بررسي رفتار شكست در مخلوط هاي آسفالتي وجود دارد كه يكي از اين روشها، روش مدل ناحيه چسبناك است. قانون دو خطي اين مدل شامل سه پارامتر سفتي اوليه، استحكام چسبناك و انرژي شكست مي باشد. هدف از انجام اين تحقيق، بررسي آزمايشگاهي و عددي شكست يك مخلوط آسفالتي تحت مودهاي مختلف شكست با استفاده از تست هاي مكانيكي و مدل ناحيه چسبناك مي باشد. آزمون مكانيكي روي نمونه هاي نيمه دايرهايSCB تحت مود هاي بارگذاري يك، دو و تركيبي انجام شده است. نتايج بدست آمده نشان مي دهد، رفتار شكست در مخلوط هاي آسفالتي بطور قابل توجهي به مود بارگذاري وابسته است. بطوريكه با تغيير مود بارگذاري از مود يك به مود دو، انرژي شكست افزايش يافته و استحكام چسبناك كاهش مي يابد. نتايج عددي بدست آمده از مدلسازي اجزاي محدود، تطابق خوبي با نتايج آزمايشگاهي داشته است. واژه هاي كليدي : مخلوط هاي آسفالتي، مدل ناحيه چسبناك، رفتار شكست مود يك و مود دو، روش المان محدود

1395/11/26

1/1/1900 12:00:00 AM

Abstract: Asphalt is a composite material made of aggregate an​d bitumen an​d crack growth is one of the major failure modes in asphalt pavements. Annually huge amount of costs are spent on repair, maintenance an​d reconstruction of cracked asphalt overlays. The creation an​d propagation of cracks in the asphalt surface can be affected by various mechanical factors such as passing vehicles o​r temperature changes due to seasonal variations. In order to reduce the cost an​d time in eva​luating the fracture behavior of asphalt mixtures, numerical methods are of special importance. As asphalt mixtures show linear an​d brittle behavior at their low temperature their behavior at these conditions can be investigated using Linear Elastic Fracture Mechanics (LEFM) theory. In addition, the fracture behavior of asphalt mixtures can also be influenced by the rate of loading. In other words, if the temperature an​d loading rates are low simultaneously, the behavior of asphalt materials will be viscoelastic. Therefore, for elastic behavior, temperature an​d loading rate should be low an​d high, respectively. There are various numerical methods for studying the behavior of asphalt failure, one of which is Cohesive Zone Model CZM Method. Bilinear method of this model includes three parameters which are named as initial stiffness, Tensile strength an​d Fracture Energy. The aim of this study is the experimental an​d numerical investigation of the fracture of an asphalt mixture under various fracture modes using mechanical tests an​d cohesive zone model. Mechanical tests were conducted on Semi Circular Bend (SCB) samples under various loading modes of I, II an​d combined I/II. The results show that the fracture behavior of asphalt is considerably dependent on load mode so that by changing the loading mode from one to two, Fracture Energy increases an​d adhesive strength reduces. The numerical results obtained from finite element modeling have a good compatibility with experimental results. Keywords: asphalt mixtures, cohesive zone model, mode I an​d mode II fracture behavior, finite element method