[发明专利]基于三维交联网络的沥青混合料动态力学参数计算方法

说明书

一种基于三维交联网络的沥青混合料动态力学参数计算方法，根据不同组分的应力应变特性建立三维的网联模型，结合荷载试验数据，通过对网联模型内各单链结构的能量在不同应力应变荷载状态下的参数进行拟合，获得沥青混合料相应的动态力学函数，进而计算确定其动态力学参数。本发明充分考虑沥青混合料不同组分的影响，将沥青混合料中的不同组分分别独立建立三维的交联网络，以此来评估不同组分对混合料整体应力应变特性的影响。本发明通过交联网络的建立可从微观结构的分子链能量联系到动载作用下材料的宏观性能表征，实现从微观向宏观的拓展，拟合结果更为精确。同时也相应降低了对试验数据的依赖，试验成本较低，适宜推广。

技术领域

本发明涉及道路材料技术领域，尤其涉及一种针对沥青混合料的动态力学参数的计算方法。

背景技术

沥青混合料作为常用的道路工程材料，其实际使用中的动态力学特性通常同时包含有弹性固体和粘性流体两者的特征。其在荷载作用下，会同时反映出弹性和粘性两种不同机理的形变。由此，关于其粘弹特性的分析一直是沥青混合料材料性能研究的重要内容。

作为由孔隙、沥青、集料等组成的多相体，由于内部组成的种类差异，沥青混合料不同组合相，其各自的性能都将影响到整体混合料的综合的粘弹特性。

一方面，高分子聚合物沥青，其内部分子链形式往往存在复杂的空间组合结构，需要对单位体元中的模型结构形式进行合理的设定；另一方面，集料作为沥青混合料中提供强度支撑的重要组分，其使用量和体积占比都较大，其结构影响因素也是整体模型分析中不可忽视的一部分。此外，考虑到试件在成型后，由于集料自身棱角不规则，堆积嵌挤时不可避免地会形成内部孔隙。孔隙的弹性恢复情况比之瞬时反应存在一定的迟滞性，故而也需相应给予对应的模型表征。

道路工程领域对涉及动力特性的参数指标，包括储能模量、损耗模量和损耗因子的确定，通常都可通过基于本构模型的应力应变表达式进行提取。而现有关本构模型的建立，一般采用弹簧组件对材料弹性性能进行表征，采用粘性特征则采用粘壶组件进行反映。根据不同组件的并联或串联等组合，现有的本构关系模型大致包括有Kelvin、Maxwell、标准固体三参数以及Burgers模型等。

但上述本构关系模型皆停留在二维平面内的应力应变分析，仅考虑沥青混合料单一组分的受力特性，尤其，忽略了降维简化所引入的误差影响。由此，建立的本构模型在表征受力状态时与实际三维空间下的受力状况差别较大。这在研究施加动载所产生的结构动力响应时，将直接导致结果出现较大的偏差。

针对上述的偏差，本发明试图借助材料领域空间结构模型的研究，通过建立适当的三维交联网络模型，以建立材料微观结构与宏观性能之间的关联，由此提高对沥青混合料动态力学参数计算的精度。

发明内容

为了解决现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种基于三维交联网络的沥青混合料动态力学参数计算方法。

首先，为实现上述目的，提出一种基于三维交联网络的沥青混合料动态力学参数计算方法，包括以下步骤：

第一步，分别为沥青混合料内的组分建立网联模型；分别根据不同组分的应力应变特性，确定所述组分所对应的网联模型内各单链结构的本构关系(这里，单链结构的本构关系是计算的基础，后续的计算中，需要结合单链所组成的空间结构方可进行讨论)；将所述本构关系应用于该组分所对应的网联模型中，分别获得所述沥青混合料内各组分的三维交联网络；

第二步，分别计算所述沥青混合料内各组分的三维交联网络内各单链结构的能量U_c；其中，以下标c标记所述沥青混合料内的具体组分；

第三步，设所述沥青混合料内各组分的三维交联网络内所述单链结构的数目为N_c；分别根据所述沥青混合料内各组分的三维交联网络内各单链结构的能量U_c、所述沥青混合料内各组分体积占比V_c以及所述单链结构的数目N_c，计算所述沥青混合料内全部单链结构的能量总和