离散元模拟在沥青混合料三轴剪切试验中的应用研究

"该研究是关于沥青混合料三轴剪切试验的离散元模拟，目的是提高对沥青混合料抗车辙能力的评估和预测。通过使用PFC2D软件，作者杨军、张旭和朱浩然在东南大学交通学院进行了数值模拟，并将模拟数据与实际实验室试验数据进行了对比，证实了离散元模型的有效性。" 在沥青路面的设计和施工中，车辙是一种常见的长期使用后出现的病害，严重影响道路的行车安全和舒适性。因此，对沥青混合料的抗车辙能力进行准确评价至关重要。离散元方法（DEM）作为一种先进的数值模拟技术，被广泛应用于材料力学性能的研究，尤其是复杂多颗粒系统的分析。 本研究中，沥青混合料的三轴剪切试验是一种常用的技术，用于测定材料在受剪切力时的变形和强度特性。这种试验通常在实验室环境中进行，通过控制不同轴向压力和剪切速率，获取材料的剪切应力-应变曲线，从而了解其剪切性能。然而，实际试验过程耗时且成本较高，而离散元模拟则可以提供一种快速、经济的替代方案。 PFC2D软件是离散元方法的一种实现工具，它能够模拟颗粒之间的相互作用，包括接触力、摩擦力和弹性变形等，从而再现材料的宏观行为。在本研究中，PFC2D被用来模拟沥青混合料颗粒在三轴剪切条件下的行为，通过调整参数，如颗粒大小、形状、接触性质等，来匹配实验室试验的数据。 研究结果显示，离散元模拟得到的剪切应力-应变关系与实验室试验结果有良好的一致性，这表明离散元模型能够准确地再现沥青混合料的力学响应。这一发现对于优化沥青混合料配方、预测路面长期性能以及开发抗车辙的新材料具有重要的理论和实践意义。 此外，基于这个验证过的离散元模型，研究人员提出可以构建虚拟试验方法，这将极大地减少实际试验的需求，提高工程设计的效率，并为沥青混合料的性能评估提供更加便捷和精确的手段。通过这种方法，工程师们可以在设计阶段就预测出材料在不同工况下的表现，有助于提前解决可能的车辙问题，从而提高道路的耐久性和维护成本效益。 这项工作展示了离散元模拟在沥青混合料力学性能研究中的巨大潜力，不仅加深了我们对沥青混合料抗车辙机制的理解，也为未来类似材料的模拟研究提供了参考框架。同时，它强调了数字技术在传统土木工程领域中的重要应用，推动了工程实践的数字化进程。