玄武岩纤维增强沥青混合料弯拉性能多参数敏感性分析
发布时间：2021-01-20 14:47
为评价玄武岩纤维掺量、长径比和模量等因素对其增强沥青混合料弯拉性能的敏感性,通过MATLAB程序中rand函数和AutoCAD宏命令,实现了玄武岩纤维的空间随机分布。运用ABAQUS有限元软件,建立了玄武岩纤维在沥青混合料内随机分布的三点弯曲小梁试件模型。选取3个纤维掺量W（0.1%,0.2%,0.3%）,3个纤维长径比Ld（23,35,47）和3个纤维模量E（8×104, 9×104, 1×105 MPa）,通过3因素3水平的正交试验,计算了在0.7 MPa轮压荷载作用下小梁试件的层底最大弯拉应力。运用极差分析法和方差分析法,分析了玄武岩纤维掺量、纤维长径比和纤维模量对沥青混合料弯拉性能影响的敏感性,并对玄武岩纤维参数进行了单因素分析。结果表明:极差分析和方差分析的显著性一致,即构造参数的敏感性大小排序为W>Ld>E,说明玄武岩纤维掺量对沥青混合料弯拉性能的影响最大,其次是纤维长径比,纤维模量对沥青混合料弯拉性能影响可忽略;纤维掺量越大,沥青混合料受到的最大弯拉应...
【文章来源】：公路交通科技. 2020,37(11)北大核心
【文章页数】：7 页
【部分图文】：
玄武岩纤维随机分布
在纤维沥青混合料中,沥青混合料采用SBS AC-13。以外掺0.3%纤维为例,且其直径14 μm,长度6 mm,密度2.7 g/cm3。沥青混合料弯曲试验小梁试件内纤维约1.930 g,由式(1)可得,N=774 923根。由于庞大的纤维数量不仅给有限元模拟计算带来困难,且在实际施工和室内试验过程中纤维的分布均存在成团现象,故在纤维建模时对其进行捆绑,捆绑后的纤维仍看作是理想圆柱体。纤维捆绑简化示意图如图2所示。捆绑后的纤维直径和根数需进行重新计算,若捆绑50根,则捆绑后纤维直径为0.099 mm,小梁试件内纤维总根数为15 498根;若捆绑100根,则捆绑后纤维直径为0.14 mm,小梁试件内纤维总根数为7 749根;若捆绑150根,则捆绑后纤维直径为0.171 mm,小梁试件内纤维总根数为5 166根;若捆绑200根,则捆绑后纤维直径为0.198 mm,小梁试件内纤维总根数为3 875根。通过有限元模型的反复试算,考虑模型计算效率和纤维的实际分布状态,最终得到捆绑150根纤维、捆绑后纤维直径为0.171 mm较为合理。本研究模型中的纤维均是捆绑后的简化纤维。1.3 有限元模型的试验验证
采用外掺0.3%掺量的玄武岩纤维和AC-13级配沥青混合料,分别建立纤维水平分布、45°斜向分布、竖直分布及随机分布的有限元模型。在这4种分布状态下,纤维的位置均为随机,只改变纤维放置的方向。玄武岩纤维在沥青混合料基体中的不同分布取向和位置如图3所示。对混合料基体跨中施加0.7 MPa(轮胎接地压力)的竖直向下荷载[17],得到纤维水平分布、45°斜向分布、竖直分布及随机分布的沥青混合料基体层底弯拉应力分别为0.815,0.904,0.911,0.889 MPa。说明水平分布的纤维基体弯拉性能最好,其次是随机分布、45°斜向分布,竖直分布性能最差。产生这种现象是由于基体在荷载作用下,内部产生了横向拉应力,而水平放置的纤维对拉应力起到了很好的约束作用,而随机分布的纤维在各个方向上都存在一定的概率,故纤维随机分布状态下,其弯拉性能介于水平分布和竖直分布之间。
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于空间分布模型的玄武岩纤维参数对沥青混合料的影响[J]. 杨程程,刘朝晖,柳力,李盛,范萌萌. 玻璃钢/复合材料. 2019(09)
[2]基于有限元的沥青混合料数值模拟研究[J]. 李运华. 公路工程. 2018(01)
[3]高温持续荷载作用下复合纤维对沥青混合料稳定性的影响[J]. 张航,徐金枝,郝培文,凌天清. 复合材料学报. 2017(10)
[4]玄武岩混合纤维混凝土弯曲韧性特征研究[J]. 李海光,孙文智,邱庆莉,王润建. 公路交通科技. 2016(09)
[5]玄武岩短切纤维对沥青混凝土性能的影响[J]. 赵豫生,李红涛. 公路交通科技. 2012(09)
[6]路用矿物纤维沥青混合料性能及增强机理研究[J]. 张文刚,纪小平,宿秀丽,王芳,邹玲. 武汉理工大学学报. 2012(08)
[7]玄武岩纤维在沥青混合料中的作用机理[J]. 韦佑坡,张争奇,司伟,李洪波. 长安大学学报(自然科学版). 2012(02)
[8]重型货车轮胎接地压力分布实测[J]. 胡小弟,孙立军. 同济大学学报(自然科学版). 2005(11)
博士论文
[1]基于细观结构的纤维沥青混凝土疲劳损伤机制研究[D]. 张小元.东南大学 2018
[2]玄武岩纤维沥青混凝土性能研究与增强机理微观分析[D]. 高春妹.吉林大学 2012
硕士论文
[1]钢桥面沥青混凝土铺装层力学特性分析及开裂行为研究[D]. 张桂学.重庆交通大学 2018
本文编号：2989239
【文章来源】：公路交通科技. 2020,37(11)北大核心
【文章页数】：7 页
【部分图文】：
玄武岩纤维随机分布
在纤维沥青混合料中,沥青混合料采用SBS AC-13。以外掺0.3%纤维为例,且其直径14 μm,长度6 mm,密度2.7 g/cm3。沥青混合料弯曲试验小梁试件内纤维约1.930 g,由式(1)可得,N=774 923根。由于庞大的纤维数量不仅给有限元模拟计算带来困难,且在实际施工和室内试验过程中纤维的分布均存在成团现象,故在纤维建模时对其进行捆绑,捆绑后的纤维仍看作是理想圆柱体。纤维捆绑简化示意图如图2所示。捆绑后的纤维直径和根数需进行重新计算,若捆绑50根,则捆绑后纤维直径为0.099 mm,小梁试件内纤维总根数为15 498根;若捆绑100根,则捆绑后纤维直径为0.14 mm,小梁试件内纤维总根数为7 749根;若捆绑150根,则捆绑后纤维直径为0.171 mm,小梁试件内纤维总根数为5 166根;若捆绑200根,则捆绑后纤维直径为0.198 mm,小梁试件内纤维总根数为3 875根。通过有限元模型的反复试算,考虑模型计算效率和纤维的实际分布状态,最终得到捆绑150根纤维、捆绑后纤维直径为0.171 mm较为合理。本研究模型中的纤维均是捆绑后的简化纤维。1.3 有限元模型的试验验证
采用外掺0.3%掺量的玄武岩纤维和AC-13级配沥青混合料,分别建立纤维水平分布、45°斜向分布、竖直分布及随机分布的有限元模型。在这4种分布状态下,纤维的位置均为随机,只改变纤维放置的方向。玄武岩纤维在沥青混合料基体中的不同分布取向和位置如图3所示。对混合料基体跨中施加0.7 MPa(轮胎接地压力)的竖直向下荷载[17],得到纤维水平分布、45°斜向分布、竖直分布及随机分布的沥青混合料基体层底弯拉应力分别为0.815,0.904,0.911,0.889 MPa。说明水平分布的纤维基体弯拉性能最好,其次是随机分布、45°斜向分布,竖直分布性能最差。产生这种现象是由于基体在荷载作用下,内部产生了横向拉应力,而水平放置的纤维对拉应力起到了很好的约束作用,而随机分布的纤维在各个方向上都存在一定的概率,故纤维随机分布状态下,其弯拉性能介于水平分布和竖直分布之间。
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于空间分布模型的玄武岩纤维参数对沥青混合料的影响[J]. 杨程程,刘朝晖,柳力,李盛,范萌萌. 玻璃钢/复合材料. 2019(09)
[2]基于有限元的沥青混合料数值模拟研究[J]. 李运华. 公路工程. 2018(01)
[3]高温持续荷载作用下复合纤维对沥青混合料稳定性的影响[J]. 张航,徐金枝,郝培文,凌天清. 复合材料学报. 2017(10)
[4]玄武岩混合纤维混凝土弯曲韧性特征研究[J]. 李海光,孙文智,邱庆莉,王润建. 公路交通科技. 2016(09)
[5]玄武岩短切纤维对沥青混凝土性能的影响[J]. 赵豫生,李红涛. 公路交通科技. 2012(09)
[6]路用矿物纤维沥青混合料性能及增强机理研究[J]. 张文刚,纪小平,宿秀丽,王芳,邹玲. 武汉理工大学学报. 2012(08)
[7]玄武岩纤维在沥青混合料中的作用机理[J]. 韦佑坡,张争奇,司伟,李洪波. 长安大学学报(自然科学版). 2012(02)
[8]重型货车轮胎接地压力分布实测[J]. 胡小弟,孙立军. 同济大学学报(自然科学版). 2005(11)
博士论文
[1]基于细观结构的纤维沥青混凝土疲劳损伤机制研究[D]. 张小元.东南大学 2018
[2]玄武岩纤维沥青混凝土性能研究与增强机理微观分析[D]. 高春妹.吉林大学 2012
硕士论文
[1]钢桥面沥青混凝土铺装层力学特性分析及开裂行为研究[D]. 张桂学.重庆交通大学 2018
本文编号：2989239
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