Skip to main content
SUPERVISOR
Seyed Mehdi Abtahi Forooshani,Saeed ZeiaeiRad,Behrooz Koosha
سیدمهدی ابطحی فروشانی (استاد راهنما) سعید ضیائی راد (استاد مشاور) بهروز کوشا (استاد راهنما)
 
STUDENT
Vahid Ziaei Rad
وحید ضیائی راد

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی عمران
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1388

TITLE

An Investigation into the Mechanical Behavior of some Asphalt Mixtures with a Finite Elment Method
Nowadays in scientific conference, utilizing finite element method to investigate pavement mechanical responses in different conditions has taken much into consideration with respect to latest high-performance computers. Such method can consider geometrical properties, materials behavior, state of loading and boundary conditions with a high accuracy, very close to the real condition. Simulation of asphalt mixture, in micro-scale such that it would be possible to consider each of mixture components separately leads to get a more accurate viewpoint in the field of flexible pavement performance. Therefore, by calculating the magnitudes of stress, strain and displacement in any arbitrary location in asphalt mixture prediction of local and large-scale distress will be more probable. Moreover, understanding better the performance of asphalt mixture components and calculating more accurate pavement responses can direct to a more appropriate mixture design with high performance and long life. Thus, mechanical simulation of asphalt mixtures is considerable. Although the subject is important, up to now there are limited studies in the field of micro-structural simulation of asphalt mixture. Simulating the complex geometrical structure and materials behavior of asphalt mixtures is in the first steps, and it seems that the obtained results in previous studies are not reliable independent of tests and experimental investigations. Therefore, it seems essential to conduct more investigations in the mentioned field. In this study, with the aim of finite element method, the geometrical structure and components behavior of some types of asphalt mixtures are simulated. Especially a novel method is expressed which can consider the complex geometry and gradation of asphalt mixture. This especial method of geometrical simulation is formed with the usefulness of some molecular dynamic concepts and by the aim of writing Python scripts in ABAQUS software. The effect of various types of aggregate gradation on asphalt layer responses is investigated. Therefore, different types of asphalt mixtures consisting of asphalt concrete, porous asphalt, stone matrix asphalt and large stone porous mixture are geometrically simulated, and their responses are evaluated under different loading and boundary conditions with the consideration of mastic component visco-elastic behavior in two different temperatures. The effect of vehicle loading speed, type of wheel (free or driven), and also soil layers on the horizontal and vertical displacement of asphalt layer surface are investigated. Moreover, crucial regions in asphalt mixtures are determined for the mastic and the state of stress in such regions is evaluated. In addition, with respect to mechanical responses of asphalt mixture, the fatigue life of the asphalt layer and probable types of distress are somehow predicted. The magnitudes related to different mechanical responses for all mentioned types of asphalt mixture in different conditions are demonstrated in various figures and tables.
امروزه در محافل علمی، استفاده از روش اجزای محدود برای ارزیابی پاسخ‌های روسازی در شرایط گوناگون، با توجه به ظرفیت بالای رایانه‌های موجود، توجه بسیاری به خود جلب نموده است. این روش، قادر است ویژگی‌های هندسی، خواص رفتاری مواد، وضعیت بارگذاری و خصوصیات مرزی لایه آسفالتی را با دقتی بسیار بالا و نزدیک به شرایط واقعی، در نظر بگیرد. شبیه‌سازی مخلوط آسفالتی، در یک مقیاس ریزجزء، به طرزی که بتوان هر یک از اجزای مخلوط را به تفکیک لحاظ نمود، سبب می‌گردد تا دید دقیق‌تری در زمینه رفتار روسازی انعطاف‌پذیر به دست آید. به این ترتیب، و با محاسبه مقادیر تنش، کرنش و جابه‌جایی در هر نقطه از مخلوط آسفالتی، پیش‌بینی خرابی‌های جزیی و کلی محتمل، در روسازی، امکان‌پذیرتر خواهد بود. هم‌چنین، فهم بهتر از عملکرد اجزای مخلوط آسفالتی و محاسبه دقیق‌تر پاسخ‌های روسازی، می‌تواند منجر به ارائه طرح اختلاط‌هایی با عملکرد بهتر و عمر بیشتر گردد. از این رو، شبیه‌سازی مکانیکی مخلوط‌های آسفالتی، امروزه شایان توجه است. علی‌رغم اهمیت این موضوع، تا کنون مطالعات معدودی در زمینه شبیه‌سازی مکانیکی مخلوط‌های آسفالتی در مقیاس ریزجزء صورت گرفته است. شبیه‌سازی ساختار و رفتار پیچیده مخلوط‌های آسفالتی، در ابتدای راه قرار دارد و پاسخ‌های به‌دست آمده از مطالعات گذشته، هنوز مستقل از آزمایش‌ها و روش‌های تجربی، مورد اعتماد نیستند. از این رو، ضرورت انجام پژوهش بیشتر در این زمینه و بررسی صحت آن، با استفاده از معیار مطالعات گذشته و داده‌های تجربی احساس می‌شود. در مطالعه حاضر، با بهره‌گیری از روش اجزای محدود، ساختار و رفتار چند نوع مخلوط‌ آسفالتی، شبیه‌سازی گردیده است؛ به ویژه، یک روش ابداعی، معرفی شده است که پیچیدگی‌های هندسی و انواع دانه‌بندی‌های مخلوط‌های آسفالتی را می‌تواند لحاظ نماید. این روش شبیه‌سازی هندسی، با استفاده از مفاهیم دینامیک مولکولی و ریاضی و به کمک برنامه‌نویسی پایتون در نرم‌افزار آباکوس انجام می‌گیرد. اثر انواع دانه‌بندی، در پاسخ‌های روسازی انعطاف‌پذیر، مورد مطالعه قرار گرفت. به این ترتیب، انواع مخلوط‌های آسفالتی، نظیر بتن آسفالتی معمولی، آسفالت متخلخل، آسفالت با استخوان‌بندی سنگدانه‌ای و آسفالت متخلخل درشت‌دانه، شبیه‌سازی شده و پاسخ‌های آنها در شرایط مختلف بارگذاری و مرزی و با در نظر گرفتن انواع رفتار ویسکوالاستیک جزء ماستیک در دماهای مختلف، استخراج گردید. اثر سرعت بارگذاری، چرخ آزاد و محرک و هم‌چنین وضعیت بستر خاکی، در جابه‌جایی عمودی و افقی سطح لایه آسفالتی، برای انواع نمونه‌ها بررسی شده است. هم‌چنین، نواحی بحرانی در برخی مخلوط‌های آسفالتی برای جزء ماستیک مشخص شده است و وضعیت تنش در آنها مورد محاسبه و ارزیابی قرار گرفته است. به علاوه، سعی گردیده است با توجه به پاسخ‌های مکانیکی مخلوط آسفالتی، عملکرد آن در برابر خستگی و برخی خرابی‌ها، مورد ارزیابی قرار گیرد. مقادیر مربوط به پاسخ‌های مکانیکی برای انواع مخلوط‌های آسفالتی، و در شرایط مختلف، در قالب نمودارها و جداول گوناگون ارائه شده است. کلمات کلیدی: مخلوط آسفالتی، روش اجزای محدود، شبیه‌سازی ریزجزء، ساختار هندسی، پاسخ روسازی

ارتقاء امنیت وب با وف بومی