Mô phỏng độ sâu hằn lún vệt bánh xe của mặt đường bê tông nhựa có xét tới tính đàn dẻo nhớt của mô hình vật liệu và phương pháp gia tải

  • Lê Nguyên Khương

    Trường Đại học Công nghệ Giao thông vận tải, Số 54 Triều Khúc, Hà Nội, Việt Nam
Email: khuongln@utt.edu.vn
Từ khóa: Độ sâu hằn lún vệt bánh xe, phần tử hữu hạn, mô hình vật liệu đàn nhớt và dẻo nhớt, mô hình Drucker–Prager, Cast3M.

Tóm tắt

Trong hai thập kỷ qua, phương pháp phần tử hữu hạn (FEM) là công cụ hiệu quả giúp mô phỏng các ứng xử phi tuyến của kết cấu mặt đường nhựa mà lý thuyết đàn hồi nhiều lớp chưa giải quyết được. Bài báo trình bày kết quả nghiên cứu, mô phỏng sự xuống cấp của mặt đường bê tông nhựa dựa trên phần mềm mã nguồn mở Cast3M có sử dụng mô hình vật liệu Generalized Drucker–Prager (GD-P) trong đó các đặc tính cơ học của vật liệu, nhiệt độ môi trường và phương pháp gia tải trên mô hình được xét tới. Kết quả thu được là độ sâu hằn lún vệt bánh xe, các ứng suất và biến dạng dư dưới tác dụng của tải trọng trùng phục. Việc sử dụng hai phương án mô phỏng 2D biến dạng phẳng và 3D và các phương pháp gia tải khác nhau cho phép đánh giá ảnh hưởng của dạng mô hình tới kết quả tính cũng như tổng thời gian tính toán, từ đó đưa ra được một số khuyến cáo cho việc mô phỏng, kiểm tra và dự báo chiều sâu lún vệt bánh xe theo phương pháp phần tử hữu hạn. Kết quả nghiên cứu trình bày trong bài báo nằm trong mục tiêu phát triển công cụ đánh giá và dự báo các trạng thái hư hỏng của kết cấu mặt đường nhựa theo phương pháp phần tử hữu hạn, sử dụng mã nguồn mở Cast3M và các mô hình vật liệu phi tuyến có xét tới ứng xử đàn nhớt và đàn dẻo nhớt.

Tài liệu tham khảo

[1]. W. Bekheet, K. Helali, T. J. Kazmierowski, L. Ningyuan, Integration of Preventive Maintenance in the Pavement Preservation Program: Ontario Experience, Transportation Research Circular, E-C078, (2005) 87-98.
[2]. B. Ali, Modèle numérique pour comportement mécanique des chaussées: application à l’analyse de l’orniérage, Semantic Scholar Editor, 2006.
[3]. J. Madjadoumbaye et al., Development of a New Approach to the Characterisation and Evaluation of Earth Road Degradation Parameters, Agricultural Engineering International: CIGR Journal, 10 (2008) 1-16.
[4]. L. G. Wiman, Accelerated Load Testing of Pavements: HVS-Nordic Tests at VTI Sweden 2003-2004, VTI Rapport, 544A, Art. VTI rapport 544A, 2006.
[5]. A. Shenoy and P. Romero, Superpave Shear Tester as a Simple Standardized Measure to Evaluate Aggregate-Asphalt Mixture Performance, JTE, 29, (2001) 472–484. https://doi.org/10.1520/JTE12277J
[6]. P. Edwards, N. Thom, P. R. Fleming, J. Williams, Testing of Unbound Materials in the Nottingham Asphalt Tester Springbox, Transportation Research Record, 1913 (2005) 32–40. https://doi.org/10.1177/0361198105191300104
[7]. R. A. Schapery, On the characterization of nonlinear viscoelastic materials, Polymer Engineering & Science, 9 (1969) 295–310. https://doi/10.1002/pen.760090410
[8]. C.-W. Huang, E. Masad, A. H. Muliana, H. Bahia, Nonlinearly viscoelastic analysis of asphalt mixes subjected to shear loading, Mech Time-Depend Mater, 11 (2007) 91–110. https://doi.org/10.1007/s11043-007-9034-5
[9]. E. Masad, C.-W. Huang, G. Airey, A. Muliana, Nonlinear viscoelastic analysis of unaged and aged asphalt binders, Construction and Building Materials, 22 (2008) 2170–2179. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2007.08.012
[10]. C. Wu, H. Wang et al., Prediction of Viscoelastic Pavement Responses under Moving Load and Nonuniform Tire Contact Stresses Using 2.5-D Finite Element Method, Mathematical Problems in Engineering, (2020). https://doi.org/10.1155/2020/1029089
[11]. P. Perzyna, Fundamental Problems in Viscoplasticity, Advances in Applied Mechanics, 9 (1966) 243–377. https://doi.org/10.1016/S0065-2156(08)70009-7
[12]. D.-W. Park, Simulation of rutting profiles using a viscoplastic model, KSCE J Civ Eng, 11 (2007) 151–156. https://doi.org/10.1007/BF02823895
[13]. C.-W. Huang, R. K. Abu Al-Rub, E. A. Masad, D. N. Little, Three-Dimensional Simulations of Asphalt Pavement Permanent Deformation Using a Nonlinear Viscoelastic and Viscoplastic Model, Journal of Materials in Civil Engineering, 23 (2011) 56–68. https://doi.org/10.1061/(ASCE)MT.1943-5533.0000022
[14]. M. K. Darabi et al., A modified viscoplastic model to predict the permanent deformation of asphaltic materials under cyclic-compression loading at high temperatures, International Journal of Plasticity, 35 (2012) 100–134. https://doi.org/10.1016/j.ijplas.2012.03.001
[15]. M. K. Darabi et al., A thermo-viscoelastic–viscoplastic–viscodamage constitutive model for asphaltic materials, International Journal of Solids and Structures, 48 (2011) 191–207. https://doi.org/10.1016/j.ijsolstr.2010.09.019
[16]. E. Le Fichoux, “Présentation Et Utilisation De Cast3m.” Support of CEA. http://www-cast3m.cea.fr, 2011, [Online]. http://www-cast3m.cea.fr/ , ngày truy cập 19 tháng 10 năm 2020
[17]. L. A. Al-Khateeb et al., Rutting Prediction of Flexible Pavements Using Finite Element Modeling, Jordan Journal of Civil Engineering, 5 (2011) 173-190.
[18]. J.-F. Corte, Design of Pavement Structures: The French Technical Guide, Transportation Research Record: Journal of the Transportation Research Board, 1539 (1997) 116-124. https://doi.org/10.1177/0361198196153900116
[19]. Kim Daehyeon, Salgado Rodrigo, Altschaeffl Adolph G., Effects of Supersingle Tire Loadings on Pavements, Journal of Transportation Engineering, 131 (2005) 732–743. https://doi.org/10.1061/(ASCE)0733-947X(2005)131:10(732)
[20]. K.-H. Tseng, R. L. Lytton, Prediction of Permanent Deformation in Flexible Pavement Materials, Implication of Aggregates in the Design, Construction, and Performance of Flexible Pavements, (1989) 15-36. https://doi.org/10.1520/STP24562S
[21]. G. R. Chehab et al., Characterization of asphalt concrete in uniaxial tension using a Visco-Elastoplastic continuum damage model, Journal of the Association of Asphalt Paving Technologists, 72 (2003) 215-355.
[22]. M. H. Sadd, Q. Dai, V. Parameswaran, and A. Shukla, Simulation of Asphalt Materials Using Finite Element Micromechanical Model with Damage Mechanics, Transportation Research Record, (2003) 86-95. https://doi.org/10.3141/1832-11
[23]. S. Saadeh, E. Masad, On the relationship of microstructure properties of asphalt mixtures to their constitutive behaviour, IJMSI, 4 (2010) 186-214. https://doi.org/10.1504/IJMSI.2010.035206
[24]. R. K. A. Al-Rub, E. Masad, C.-W. Huang, Improving the sustainability of asphalt pavements through developing a predictive model with fundamental material properties, Texas Transportation Institute, 2009. https://trid.trb.org/view/913206 truy cập ngày 10 tháng 10 năm 2020.

Tải xuống

Chưa có dữ liệu thống kê
Nhận bài
09/12/2020
Nhận bài sửa
29/12/2020
Chấp nhận đăng
08/01/2021
Xuất bản
15/02/2021
Chuyên mục
Công trình khoa học