23345

ارائه مدل پيش‌بيني رفتار ترك خوردگي مخلوط‌هاي آسفالتي حاوي RAP با استفاده از معيارهاي شكست و به كارگيري مدل‌سازي ناهمگن مبتني بر پردازش تصوير

دكتري

مهندسي عمران- راه و ترابري

1393

1399/10/10

دكتر حسن زياري-دكتر برات مجردي

دكتر محمدرضا محمدعلها

مهندسي عمران

هر ساله هزينه‌هاي زيادي صرف تعمير و نگهداري راهها مي‌شود. ترك‌خوردگي يكي از شايع‌ترين خرابي‌هاي رويه‌هاي آسفالتي به شمار مي‌رود. شايع بودن پديده ترك‌خوردگي و همچنين رفتار الاستيك و شكننده در دماهاي پايين، سبب استفاده هر چه بيشتر از روش مكانيك شكست الاستيك خطي و مدلسازي‌هاي عددي جهت تحليل رفتار ترك‌خوردگي مخلوط‌هاي آسفالتي شده است. مطالعه رفتار ترك‌خوردگي مخلوط آسفالتي به كمك مدلسازي همگن (خواص مخلوط آسفالتي در تمام نقاط يكسان در نظر گرفته مي¬شود)، بدليل اينكه آسفالت يك ماده كامپوزيت بوده و رفتار آن تحت تاثير اندركنش مصالح مختلف (از جمله قير، سنگدانه و فضاي خالي) مي‌باشد، با خطا همراه است. به همين دليل در اين پژوهش از مدلسازي غيرهمگن (مدلسازي مخلوط آسفاتي متشكل از قير، سنگدانه و فضاي خالي) و تئوري‌هاي مكانيك شكست الاستيك خطي بمنظور مطالعه رفتار رشد ترك‌خوردگي در مخلوط‌ آسفالتي استفاده شده است. بدين منظور ابتدا نمونه‌هاي عددي با روش پردازش تصوير و يا الگوريتم توليد و توزيع تصادفي سنگدانه‌ها تهيه شدند. سپس با بكارگيري روش المان محدود تاثير مدول الاستسيته سنگدانه‌ها، ضريب پوآسون سنگدانه‌ها، مدول الاستسيته ماستيك، ضريب پوآسون ماستيك، طول ترك، پخش‌شدگي سنگدانه‌ها و موقعيت قرارگيري نوك ترك بر مقادير ضرايب شدت تنش بررسي شد. نتايج نشان مي‌دهند ضرايب شدت تنش بدست آمده از مدلسازي غيرهمگن به مقدار قابل توجهي با ضرايب شدت تنش بدست آمده از مدلسازي همگن متفاوت مي‌باشند. هنگاميكه نوك ترك درون سنگدانه‌ها مي‌باشد، ضرايب شدت تنش بدست آمده از مدلسازي غيرهمگن بيشتر از ضرايب شدت تنش بدست آمده از مدلسازي همگن مي‌باشند. درحاليكه اگر نوك ترك درون ماستيك باشد، مقادير ضرايب شدت تنش بدست آمده از مدلسازي همگن بيشتر مي‌باشند. همچنين مسير رشد ترك در مخلوط آسفالتي با استفاده از معيار حداكثر تنش كششي پيش‌بيني شده است. بررسي مسير رشد ترك نشان داد ترك تمايل دارد تا داخل ماستيك و يا مرز مشترك سنگدانه‌-ماستيك رشد نمايد. در اين تحقيق همچنين مقاومت ترك‌خوردگي مخلوط‌هاي آسفالتي حاوي RAP، در كوتاه مدت و بلند مدت تعيين شد. از معيارهاي شكست بمنظور پيش‌بيني مقادير چقرمگي شكست استفاده گرديد و نشان داده شد كه با كمك اين معيارها به خوبي مي‌توان مقادير چقرمگي شكست در مودهاي تركيبي I/II را پيش‌بيني كرد.

1400/01/28

Cracking behavior prediction for RAPed asphalt mixtures using fracture criteria by considering heterogeneity aspects obtained from image processing method

12/31/2021 12:00:00 AM

A huge amount of money is annually spent for the maintenance of asphalt pavements. Cracking is a common mode of deterioration and one of the main causes for the overall failure in asphalt pavement of roads. Cracking mostly occurs in cold climates, where asphalt behaves as a linear elastic material. In such conditions, linear elastic fracture mechanics can be employed to study the cracking behavior of asphalt mixtures. Because asphalt mixture is a composite material consisting of aggregates, binder, and air void, using heterogeneous modeling for studying cracking behavior of asphalt could cause errors. In the current study, to investigate the cracking behavior of asphalt mixtures, at first a two-phase model of an asphalt mixture containing coarse aggregate and mastic is created using the aggregate generation, packing algorithm and image processing methods. Accordingly, different two-phase asphalt mixtures in the shape of SCB specimen are simulated numerically and then these samples are imported into the ABAQUS software to obtain the mixed mode stress intensity factors and the path of crack. Indeed, by analyzing several finite element models for heterogeneous and homogeneous materials, the effects of crack length and inclination angle, elastic modulus of aggregates and mastic parts, Poisson’s ratios of aggregates and mastic parts, shape of aggregates, distribution pattern for the aggregates inside the asphalt mastic, crack tip location, and air void distribution on geometry factors were investigated. It was shown that the crack tip location has a significant effect on the magnitude and sign of geometry factors. When the crack tip is located inside the aggregates geometry factors obtained from heterogeneous modeling were greater than those obtained from homogeneous model. On the other hand, if the crack tip is located inside the mastic part, the geometry factors will be smaller than the homogeneous SCB model. The crack growth path was predicted using the maximum tensile stress criterion. It was observed that the aggregates could change the crack growth path locally; however, the general direction of crack growth in heterogeneous modeling is the same as homogeneous modeling. Furthermore, in this study, the short-term and long-term cracking resistance of asphalt mixtures containing RAP were determined. In this regard, fracture criteria were used to predict the fracture toughness values. It was shown that by using these criteria, it is possible to predict the fracture toughness values in the combined I/II modes.

مسير رشد ترك , ضرايب شدت تنش , تاثير خواص مكانيكي , : مدلسازي غيرهمگن

Mechanical property effects , Crack trajectory , stress intensity factors , Heterogeneous modeling