疲劳试验及几种试验方法的比较.pptx

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,#,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,#,疲劳试验及几种试验方法的比较,冉孟竺,1,内容摘要,概述,沥青混合料动态特性,沥青混合料疲劳力学模型,影响沥青路面疲劳寿命的因素,4,1,2,3,5,沥青混合料的疲劳试验方法,2,概述,路面疲劳破坏特征,裂缝是疲劳的表现，取决于,荷载水平（应力比或应变比）,重复次数,3,车辆驶过路面时的受力状况,4,沥青混合料动态特性,目前我国在通过试验取得材料参数和对沥青混合料进行性能的研究时，材料试件的受力状态基本上是静态的，没有考虑材料在动态荷载下的动态性能。导致路面设计的两大问题：,试验所得性能与参数不能充分反映行驶中汽车荷载作用下材料的真实性能,使得设计中的理论弯沉计算值与实测结果不符，从而不得不在规范中引入一项综合系数来进行修正,5,沥青混合料,动态性能参数,劲度,复合,模量,抗,压,强度,表征沥青混合料动态性能参数主要有,回弹,模量,6,影响沥青混合料动态模量因素,影响因素,试验温度,加载力与方式,加载频率,试件尺寸,随温度升高，沥青混合料的劲度呈降低趋势,采用的加载频率在,120Hz,动态模量随荷载频率的增加而增大,试件尺寸,加载频率,加载力大小与加载方式,试验温度的影响,荷载越大，动态模量越大,美国,ASTM,要求尺寸高径比,1:2,我国现行测试方法使用高径比,1:1,7,沥青混合料疲劳力学模型,现象学,法,能量法,综合目前的研究成果，沥青路面疲劳特性的研究方法基本可分为三类：,力学,近似法,8,疲劳破坏的定义,按照传统的定义，材料疲劳破坏的最终结果是,断裂,。,美国试验与材料协会（,ASTM,）公布的“疲劳试验及数据统计分析术语”将其表述为“材料某点或若干点承受扰动应力，且在足够多的循环扰动后,形成裂纹,或者,发生断裂，,使得材料,发生局部的或者永久的结构变化,的这一发展过程，称之为疲劳,9,现象学法,应力控制,应变控制,保持挠度或试件底,部应变峰谷值不变,表征公式,表征公式,施加荷载（应力）的峰谷值不变,试件完全,断裂,现象学,法中，把材料出现破坏的重复应力值称作疲劳强度，相应的应力重复作用次数称为疲劳寿命。,劲度下降到初始劲,度的,50%,或更低,10,影响沥青路面疲劳寿命的因素,Image information in product,Image:,Note to customers:This image has been licensed to be used within this PowerPoint template only.,You may not extract the image for any other use.,（,1,）荷载历史,（,2,）加载速率,（,3,）施加应力或应变波谱的形式,（,4,）荷载间歇时间,（,5,）试验方法和试件形状,荷载条件,材料性质,环境条件,（,1,）混合料劲度,（,2,）混合料沥青用量,（,3,）沥青的种类和硬度,（,4,）沥青混合料的空隙率,（,5,）集料表面性状,（,1,）温度,（,2,）湿度,11,沥青混合料的疲劳试验方法,现象学法进行疲劳试验的方法归纳起来可以分为四类：,1,、实际路面在真实汽车荷载下的疲劳破坏试验,2,、路面结构在模拟汽车荷载作用下的疲劳试验研究,3,、试板试验,4,、试验室小型试件的疲劳试验研究,12,疲劳试验方式汇总,试验,方法,加载形式,应力分布,加载波形,加载频率间歇时间（次,/s,）,应力,状态,四点弯曲,带间隙的半正弦波,11.67,单轴向,中点弯曲,同上,带间隙的正弦、三角或方波,最大,1/100,单轴向,梯形悬臂梁,带间隙的正弦三角波形,25,或,1/100,单轴向,旋转悬臂,10,16.67,单轴向,单轴,8.3325.0,单轴向,间接拉伸,1.0,双轴向,支承梁,弯曲,半正弦,0.75,单轴向,13,四点弯曲疲劳试验方法,加载方式,14,四点弯曲疲劳试验方法,采用振动轮碾成型设备进行碾压成型,置于高精度金刚石双面剧内，采用双面同步切割技术,300mm50mm50mm,沥青混合料小梁试件均在试验温度下环境温控箱内养护,4,小时以上,控温精度为,0.1,，控温范围为,-20,+60,成型方法,试件尺寸,环境条件,15,四点弯曲疲劳试验方法,16,梯形悬臂梁疲劳试验方法,加载方式,17,梯形悬臂梁疲劳试验方法,试件尺寸,粗端,55mm20mm,细端,20mm20mm,长度为,250mm,环境条件：,1,、沥青混合料小梁试件均在环境温控箱内在试验温度下养护,4,小时以上,2,、控温精度为,0.1,，控温范围为,-20,+60,18,间接拉伸疲劳试验方法,加载方式,19,间接拉伸疲劳试验方法,试件尺寸,直径,100mm,高,63.5mm,环境条件：,1,、沥青混合料小梁试件均在环境温控箱内在试验温度下养护,4,小时以上,2,、保温室控温范围为,2-20,，精度至少为,1,。,20,三种试验方法的评价,影响因素,敏感性,试验,可靠性,合理性,美国,SHRP,研究计划对这三种试验方法进行详细的评价，,从三,个角度,方法,评价,21,不同试验方法影响因素敏感性分析结果,评价指标,影响因素,四点弯曲,梯形悬臂梁,间接拉伸,劲度模量,变化百分表,沥青种类,51,29,43,沥青含量,0,0,0,集料类型,11,5,27,空 隙 率,33,24,18,温 度,84,44,67,应力水平,8,4,0,疲劳寿命,变化百分表,沥青种类,56,58,53,沥青含量,50,0,0,集料类型,67,49,45,空 隙 率,85,80,67,温 度,99,98,99,应力水平,88,80,76,22,23,不同试验方法影响敏感性分析结果,四点弯曲,间接拉伸,梯形悬臂梁弯曲,四点弯曲,梯形悬臂梁弯曲,间接拉伸,对沥青类型的敏感程度,对其他因素的敏感程度,不同试验方法可靠性分析结果,评价指标,四点,弯曲,梯形,悬臂梁,间接,拉伸,劲度模量,变化系数（,%,）,12.3,11.4,19.7,采样方差（,In psi),0.01,0.014,0.015,疲劳寿命,变化系数（,%,）,98.7,171.8,65.5,采样方差（,In Nf),0.282,1.696,0.213,试验可靠性分析主要用于评价试验方法在重复条件下的可靠程度，即反映各试验方法的离散程度。,24,不同试验方法影响可靠性分析结果,对于疲劳寿命,对于劲度模量,间接拉伸,四点弯曲,四点弯曲,梯形悬臂梁弯曲,梯形悬臂梁弯曲,间接拉伸,可靠性,分析,25,不同试验方法影响合理性分析结果,评价指标,四点弯曲,梯形悬臂梁,间接拉伸,平均劲度模量,0,2,454,700,1,978,100,3,712,400,20,425,100,1,063,100,1,211,300,平均疲劳寿命,0,5,834,000,488,800,214,900,20,34,500,245,600,108,100,合理性分析主要是评价各试验方法所获得的试验结果是否合理，即试验结果是否与先前经验所期望的一致。,通过间接拉伸方式获得的平均劲度模量要比四点弯曲高出,60%70%,四点弯曲疲劳试验结果获得的平均疲劳寿命是间接拉伸疲劳的,27,倍,梯形悬臂梁疲劳试验所得的劲度模量和疲劳寿命对温度不太敏感,26,几种疲劳试验的比较,试验方法,优点,缺点,模拟现场状况,简便性,综合排序,四点,弯曲,试验结果可直接用于设计,基本技术可用于其他方面,可选择加载方法,敏感程度相对较好,耗时,成本高,需专用设备,接近,较简便,1,梯形,悬臂,梁,试验结果可直接用于设计,基本技术可用于其他方面,可选择加载方法,耗时,成本高,需专用设备,试件成型有一定难度,接近,不简便,2,间接,拉伸,试验方法简单,基本满足沥青路面疲劳设计分析的要求，结果与实际路面性能有一定的相关性,设备多用,所受拉应力作用较为均匀,能够评价路面芯样的疲劳性能,与路面受力状态有较大差别,低估疲劳寿命,受力两端产生局部变形影响受力模式,试件实际开裂模式与理论开裂位置经常不一致,不接近,简便,3,27,关于疲劳试验的几个问题,如何选择比较适宜的疲劳试验条件？,疲劳失效如何界定？,28,Thank You!,29,