تعیین خصوصیات ویسکوالاستیک مخلوط‌‌های آسفالتی جهت مدلسازی به روش المان محدود در نرم‌افزار ABAQUS

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 استادیار، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه زنجان، زنجان، ایران

2 دانش آموخته کارشناس ارشد، دانشکده مهندسی، دانشگاه زنجان زنجان، ایران

چکیده

مخلوط­های آسفالتی در اغلب شرایطی که در طول عمر روسازی در معرض آن قرار می­گیرند، رفتاری ویسکوالاستیک از خود نشان می­دهند. یکی از روش­هایی که به طور گسترده جهت پیش­بینی پاسخ­های ویسکوالاستیک مخلوط آسفالتی مورد استفاده قرار می­گیرد، روش المان محدود است. نرم­افزار ABAQUS از جمله ابزارهایی است که می­تواند مبتنی بر روش المان محدود و با در نظر گرفتن همه پارامترهای تعیین کننده، رفتار مخلوط آسفالتی را شبیه­سازی نماید. استفاده از سری پرونی یکی از تکنیک­های رایج جهت تشریح رفتار ویسکوالاستیک مخلوط آسفالتی در نرم­افزار ABAQUS محسوب می­شود. برای این منظور، نیاز است تا پارامترهای لازم در این زمینه شامل ثابت­های پرونی، مدول الاستیسیته لحظه­ای و نسبت پواسون مخلوط آسفالتی تعیین شوند. از طرفی، تعیین این پارامترها از طریق آزمایش علاوه بر صرف زمان و هزینه­های زیاد، نیاز به تجهیزات پیشرفته آزمایشگاهی دارد. لذا در این تحقیق تلاش شده است تا با استفاده از روابط نظری و بدون انجام آزمایش، پارامترهای لازم محاسبه و تعیین شوند. به منظور دستیابی به این هدف، یک روش تئوری مبتنی بر رابطه ویتزاک و الگوریتمی بر پایه روش پیشنهادی اسکاپری و پارک، بسط داده شد و با استفاده از خصوصیات حجمی مصالح مورد استفاده در مخلوط­های آسفالتی رایج در ایران، پارامترهای مورد نیاز محاسبه و تعیین شدند. براساس نتایج حاصل از این تحقیق می­توان رفتار ویسکوالاستیک مخلوط­های آسفالتی رایج در ایران و وابستگی زمانی پاسخ­های آن­ را در دمای 1/21 درجه سانتی­گراد در نرم­افزار ABAQUS مدلسازی کرد.
 
 

کلیدواژه‌ها


 

-Ameri, M., Mansourian, A., HeidaryKhavas, M., Aliha, M.R.M. and Ayatollahi, M.R. (2011) "Cracked asphalt pavement under traffic loading – A 3D finite element analysis", Engineering Fracture Mechanics, Vol. 78,
No. 8, pp. 1817-1826.

 

-Biligiri, K.P., Kaloush, K. and Uzan, J. (2010), "Evaluation of asphalt mixtures' viscoelastic properties using phase angle relationships", International Journal of Pavement Engineering, Vol. 11, No. 2,
pp. 143-152.

-Breakah, T.M. and Williams, R.C. (2015), "Stochastic finite element analysis of moisture damage in hot mix asphalt", Materials and Structures, Vol. 48, No 1, pp. 93-106.

-Elseifi, M.A., Al-Qadi, I.L. and Yoo, P.J. (2006), "Viscoelastic modeling and field validation of flexible pavements", Journal of Engineering Mechanics, Vol. 132, No. 2,
pp. 172-178.

-Forough, S.A., Moghadas-Nejad, F. and Khodaii, A. (2015), "Development of a predictive model for the compressive relaxation modulus of asphalt mixtures", Road Materials and Pavement Design, Vol. 16, No. 3, pp. 674-695.

-Li, S., Guo, Z. and Yang, Y. (2015), "Dynamic viscoelastic response of an instrumented asphalt pavement under various axles with no uniform stress distribution", Road Materials and Pavement Design, DOI: 10.1080/14680629.2015.1080178, pp. 1-20.

-Liao, J. and Sargand, S. (2010), "Viscoelastic FE modeling and verification of a U.S. 30 perpetual pavement test section", Road Materials and Pavement Design, Vol. 11, No. 4, pp. 993-1008.

-Liao, Y. (2007), "Viscoelastic FE modeling of asphalt pavements and its application to U.S. 30 perpetual pavement", Ph.D. Thesis, Faculty of the Russ College of Engineering and Technology of Ohio University.

-Masad, E., Huang, C.W., Airey, G. and Muliana, A. (2008), "Nonlinear viscoelastic analysis of unaged and aged asphalt binders", Construction and Building Materials, Vol. 22, No. 11, pp. 2170-2179.

-Mun, S. (2015), "Determining the dynamic modulus of a viscoelastic asphalt mixture using an impact resonance test with damping effect", Research in Nondestructive Evaluation, Vol. 26, No. 4, pp. 189-207.

Naik, A.K. and Biligiri, K.P. (2015), "Predictive models to estimate phase angle of asphalt mixtures", Journal of Materials in Civil Engineering, Vol. 27, No. 8, 04014235.

-NCHRP 1-37A. (2004), "Guide for Mechanistic-Empirical design of new and Rehabilitated pavement Structures", Final Report, TRB, National Research Council, Illinois.

-NCHRP. (2005), "Simple performance tests: Summary of recommended methods and database", Report 547, TRB, Arizona State University.

-Souza, F.V. and Castro, L.S. (2012), "Effect of temperature on the mechanical response of thermo-viscoelastic asphalt pavements", Construction and Building Materials, Vol. 30, pp. 574–582.

-Wang, H. and Al-Qadi, I.L. (2010), "Evaluation of surface-related pavement damage due to tire braking", Road Materials and Pavement Design, Vol. 11, No. 1,
pp. 101-121.

-Witczak, M.W. and Bari, J. (2004), "Development of a master curve (E*) database for lime modified asphaltic mixtures", Research Project, Arizona State University.

-Yang, X. and You, Z. (2015), "New Predictive Equations for Dynamic Modulus and Phase Angle Using a Nonlinear
Least-Squares Regression Model", Journal of Materials in Civil Engineering, Vol. 27, No. 3, pp. 04014131.

Zhang, Y., Birgisson, B. and Lytton, R.L. (2015), "Weak form equation based finite-element modeling of viscoelastic asphalt mixtures", Journal of Materials in Civil Engineering, Vol. 28, No. 8, pp. 04015115.

Zhao, Y. and Kim, Y.R. (2003), "The
time-temperature superposition for asphalt mixtures with growing damage and permanent deformation in compression", Journal of the Transportation Research Board, Vol. 1832,
pp. 161-172.

-Zhao, Y., Liu, H., Bai, L. and Tan, Y. (2013), "Characterization of linear viscoelastic behavior of asphalt concrete using complex modulus model", Journal of Materials in Civil Engineering, Vol. 25, No. 10, pp. 1543-1548.

-Zhao, Y., Wang, L., Chen, P. and Zeng, W. (2015), "Determination of surface viscoelastic response of asphalt pavement", Journal of Engineering Mechanics, Vol. 141, No. 9,
pp. 04015031.

-Zhu, X., Chen, W. and Yang, Z. (2015), "Prediction of viscoelastic behavior in asphalt concrete using the fast multipole boundary element method", Journal of Materials in Civil Engineering, Vol. 25, No. 3, pp. 328- 336.

-"آیین­نامه روسازی آسفالتی راه­های ایران، نشریه شماره 234" (1390)، تجدید نظر اول، معاونت برنامه­ریزی و نظارت راهبردی رییس جمهور.

-کاووسی، ا. و بابازاده، ع. (1387)، "بررسی روش­های تجربی تعیین مدول دینامیکی مخلوط­های آسفالتی در روسازی­های کشور جهت طراحی روسازی در سطوح مختلف"، مجموعه مقالات چهارمین همایش قیر و آسفالت ایران، تهران، آبان 21-22، 1387، ص. 111-127.