沥青路面线性疲劳损伤特性及形变规律

孙志林 黄晓明

(1长沙理工大学公路工程教育部重点实验室，长沙410114)

(2东南大学交通学院，南京210096)

沥青路面疲劳破坏机理一直是研究的热点，相关学者利用断裂力学、损伤力学、现象学等方法针对沥青路面疲劳破坏作了大量研究［1-4］.但针对沥青路面结构疲劳破坏过程的研究较少，特别是系统采用损伤力学-有限元全耦合方法针对沥青路面结构在交通荷载作用下的疲劳损伤过程的研究更少［5-8］.为了准确分析沥青路面结构疲劳损伤过程，本文将运用损伤力学-有限元全耦合方法，基于通用有限元软件ABAQUS计算平台及相应用户材料子程序UMAT，分析沥青路面结构在车辆荷载作用下路面结构损伤度演变规律，以及应变状态与路表弯沉随荷载作用的变化规律.相关研究结论将为沥青路面结构设计、维修养护及沥青路面长期性能预测提供理论依据.

1 疲劳损伤有限元方法

在疲劳损伤力学理论中，Miner模型是一个广泛应用的线性损伤演化模型，其损伤演化方程为

式中，D为损伤度，本文中取0≤D≤0.5;K，m为回归系数，与材料种类有关;N为荷载作用次数(疲劳寿命);σ为应力水平，本文中为水平正应力.

本文中有限元计算模型选择平面应变模型，此时有限元方法的本构方程为

式中，E 为弹性模量;μ 为泊松比;σx，σz，τxz为应力分量;εx，εz，γxz为应变分量.

为了准确地进行损伤力学有限元疲劳损伤累积分析，本文采用全耦合方法，即每隔一定的应力循环次数进行单元刚度矩阵的重新计算……