الف – پرداخت وجه بحساب وب سایت ایران ترجمه(شماره حساب)ب- اطلاع جزئیات به ایمیل irantarjomeh@gmail.comشامل: مبلغ پرداختی – شماره فیش / ارجاع و تاریخ پرداخت – مقاله مورد نظر --مقالات آماده سفارش داده شده پس از تایید به ایمیل شما ارسال خواهند شد.
قیمت
قیمت این مقاله: 68000 تومان
(ایران ترجمه - Irantarjomeh)
توضیح
بخش زیادی از این مقاله بصورت رایگان ذیلا قابل مطالعه می باشد.
شماره
۱۰۴
کد مقاله
CVL104
مترجم
گروه مترجمین ایران ترجمه – irantarjomeh
نام فارسی
چارچوب صدمه دیدگی و شکست انرژی – مبنا برای بتن های آسفالتی ویسکوالاستیکی
نام انگلیسی
Energy-based damage and fracture framework for viscoelastic asphalt concrete
دپارتمان مهندسی راه و ساختمان و معماری، انستیتو فن آوری سلطنتی، استکهلم، سوئد
کالج مهندسی و علوم کاربردی، دانشگاه آستون، بیرمنگام، انگلستان، الزویر
مرجع به انگلیسی
Engineering Fracture Mechanics; Department of Civil and Architecture Engineering, Royal Institute of Technology, Stockholm, Sweden; School of Engineering and Applied Science, Aston University, Aston Triangle, Birmingham, United Kingdom; Elsevier
کشور
انگلستان – سوئد
چارچوب صدمه دیدگی و شکست انرژی – مبنا برای بتن های آسفالتی ویسکوالاستیکی
چکیده
یک چارچوب بر مبنای مکانیک صدمه دیدگی پیوستار و ترمودینامیک فرآیندهای برگشت ناپذیر با استفاده از متغیرهای حالت داخلی جهت توصیف صدمه دیدگی توزیعی در مواد آسفالتی ویسکوالاستیکی در قالب شکل گیری و انباشتگی ریز – ترک مورد استفاده قرار گرفته است. در دماهای پایین و نرخ های دفرمه شدگی بالا، زیر ترک بعنوان منبع غیرخطیت تلقی شده و بنابر این سبب انحراف از پاسخ ویسکوالاستیکی خطی می شود. با استفاده از قانون تکامل صدمه دیدگی غیر مرتبط، مدل پیشنهادی نشان دهنده قابلیت تشریح فرآیندهای وابسته با دما در خصوص شروع ریز – ترک، سیر تکاملی و شکل گیری ترک بزرگ می باشد و معرف مقایسه مناسبی با پاسخ ماده در آزمون مقاومت کششی غیر مستقیم سوپرآسفالت است.
بتن آسفالتی یکی از مصالح ساخت و ساز کامپوزیت و ویسکوالستیک بوده که شامل سنگ، ماسه و ماده پر کننده ترکیب شده با آن می باشد که توسط یک ماده چسبنده، معمولا قیر یا قیر پلیمری اصلاح شده به یکدیگر چسبیده اند. تخریب در بتن آسفالتی حاصل از تغییرات در ساختار میکروسکوپی مواد و مصالح، ناشی از اعمال بار خارجی و اثرات تغییر شرایط جوی و محیطی از قبیل دما و درجه رطوبت می باشد. تغییرات در ساختار میکروسکوپی مواد از مودهای شکست متفاوت و قابل مشاهده بسته به محدوده های دمایی بدست آمده، و به عنوان تغییر شکل های پلاستیک یا فعال معرفی می شوند.
در دماهای پایین، شکست، مکانیزم تخریب حاکم بوده که توسط شروع نرک های ریز (Micro-Crack) و تشکیل ترک های بزرگ مشخص می شود. مکانیزم شکست در مخلوط بتن آسفالتی قبل و بعد از تشکیل ترک های بسیار بزرگ (Macro-Crack) نسبتا متمایز است {مانند ۴و۵۴}. ترک در نمونه های بتن آسفالتی به مراحل شروع ترک های ریز، ترک های ریز ترکیبی، تشکیل ترک های بزرگ و انتشار ترک های بسیار بزرگ دسته بندی می شود. مشخص کردن نقطه شروع ترک های ریز، زمانی که گسترش ترک های بسیار بزرگ هنگام تشکیل ترک های بسیار بزرگ به سرعت اتفاق می افتد اغلب نگرانی اصلی تلقی می شود. برای مدل کردن گسترش ترک در مخلوط های آسفالتی، روش المان مرزی ناپیوسته تغییر مکان (DDBE)، روش المان محدود (FEM) و روش المان گسسته (DEM) مورد استفاده قرار گرفته اند.
بتن آسفالتی حاوی مقداری حفره هوا است (حدودا ۲۰ تا ۳۰ درصد بر اساس نوع مخلوط) که بر حسب تحلیل مکانیزم شکست ممکن است به عنوان نقص از پیش موجود در ماده قلمداد شود که باعث افزایش میزان تنش می شود. با مشخص کردن هندسه نقص از پیش موجود و هم چنین توزیع تنش ویسکوالاستیک در مصالح، قوانین مکانیک شکست ویسکوالاستیک می توانند برای تشریح کامل فرآیند شکست اولیه و گسترش آن در واسطه ویسکوالاستیک مورد استفاده قرار بگیرند. با این وجود همان طور که در چندین تحقیق میکرومکانیکی دیده شده است ویژگی های مکانیکی مواد تشکیل دهنده مخلوط آسفالت، تنوع در شکل و اندازه حفره های هوا و هم چنین توزیع این حفره ها در مخلوط آسفالت کاربرد قوانین مکانیک شکست را برای تشریح شروع شکست در مخلوط بتن آسفالتی محدود می کند.
در مقاله حاضر، شروع ترک های ریز و تشکیل ترک های بزرگ موضوع اصلی کار خواهد بود. مکانیک های تخریب پیوسته و ترمودینامیک فرآیند برگشت ناپذیر، برای توضیح تشکیل ترک های بزرگ و ترکیب در مخلوط آسفالت در محدوده دماهای پایین و سرعت بالای تغییر شکل مورد استفاده قرار می گیرند. در غیاب تشکیل ترک های ریز، پاسخ مخلوط بتن آسفالتی به بارگذاری اعمال شده بهتر است با پاسخ های پیش بینی شده نظری با استفاده از تئوری ویسکوالاستیسیته خطی در یک زمان اتفاق بیفتد. با این وجود در حضور تشکیل ترک های ریز و حفره های ریز یک پاسخ غیر خطی مشاهده شده و در نتیجه انحرافی از پاسخ ویسکوالاستیک خطی ایجاد خواهد شد.
در فرمول های زیر تعمیم لحظه شروع ترک های ریز مطرح شده به شکل یک متغیر خرابی ایزوتروپیک (همگن) و اسکالر ارائه شده است. با شروع حالت مدل پیوسته تخریب- الاستیک وبسط آن به حالت فرمولسازی تخریب – ویسکوالاستیک، فرمولسازی سه بعدی ارائه شده می تواند برای تشریح شروع فرآیند تخریب و انتشار آن مورد استفاده قرار بگیرد.
۲-۱٫ مدل تخریب-الاستیک
با در نظر گرفتن فرمولسازی کرنش های کوچک از الاستیسیته ترکیب شده با تخریب، انرژی آزاد به صورت زیر نوشته خواهد شد:
۲-۲٫ مدل اصلی خرابی-ویسکوالاستیک
فرمول های بالا برای مصالح ویسکوالاستیک از نوع ماکسول تعمیم یافته n جمله ای، با وجود کرنش ویسکوز از هر مولفه ضربه گیر نیز بسط داده می شوند. مدل تعمیم یافته ماکسول به جمله تعادل طولانی (مستقل از زمان) با جمله طولانی سختی معادل و یک سری از بخش های نامتعادل (وابسته به زمان) با سختی های متفاوت Ei دسته بندی می شوند. کرنش کلی به صورت افزایشی در کرنش الاستیک و کرنش ویسکوز یعنی تجزیه می شود. انرزی آزاد Helmholtz برای مدل ماکسول تعمیم یافته به صورت زیر بیان می شود:
۲-۳٫ قانون سیرتکامل و گسترش خرابی
مدل های تخریب متفاوتی برای توضیح خرابی در مصالح وجود دارد. در میان مدل های متداول موجود کار Kachanov ، که تخریب را بر حسب تنش اعمال شده بیان میکند مثال زدنی است. Rabotnov بیان داشت که تخریب هم بر حسب تنش اعمال شده و هم بر حسب کرنش اعمال شده می باشد در حالی که مثال های ۳ و ۲۷ تخریب را بر حسب کرنش خزشی بیان کرده اند. اقدامات Schapery روی مکانیک های شکست ویسکوالاستیک به مدل خرابی ویسکوالاستیک متناظر با آن در استفاده از قانون تطابق الاستیک –ویسکوالاستیک گسترش یافته، تا رشد خرابی را در ویسکوالاستیک متوسط با قانون گسترش خرابی (rate-type) تطبیق دهند. Darabi et al مدل تخریب ویسکو مستقل از دما را با خرابی مطرح شده بر حسب کرنش موثر کلی و نیرو محرکه تخریب که بر حسب ثوابت تنش موثر در پیکره سالم جسم ارائه کرد.
در این مقاله نتایج به کار رفته از آزمایش بتن آسفالتی از مطالعات پیشین در رابطه با ارزیابی شکست و عملکرد خرابی مرطوب مخلوط موم آسفالت اصلاح شده به دست آمده و مجددا مورد تجزیه وتحلیل قرار گرفتند. لایه چسباننده با درجه نفوذ ۰٫۷ به عنوان لایه چسباننده پایه در نظر گرفته شد. این لایه چسباننده با اضافه کردن ۴ درصد از وزن دو نوع از موم های تجاری، FT پارافین و آسفالتان B اصلاح شد. مخلوط موم قیر اصلاح شده با افزودن ۴ درصد از موم به وزن لایه چسباننده آماده شد. مخلوط به مدت ۳۰ دقیقه تا دمای ۱۵۵ درجه سانتی گراد گرم شده وسپس در بلوکهای از قبل گرما دیده در گرداننده رنگ قرار داده شده وبا گرداندن به مدت ۹۰ ثانیه یک دست شده است.
۳-۱٫ ساخت نمونه
دو نوع مختلف از ریزدانه های شسته شده سنگ گرانیت برای ساخت نمونه های طراحی شده از مخلوط بتن آسفالتی به نام های AG1 و AG2 مورد استفاده قرار گرفتند. خواننده برای اطلاعات کامل تر از ترکیب مصالح ریزدانه به Das et al مراجعه کند. توزیع اندازه ذرات برای AG1 و AG2 در شکل ۲ نشان داده شده است. ۳ مخلوط کلی با ترکیب ۳ نوع مختلف از قیر و ۲ نوع مختلف از مصالح ریزدانه تهیه شدند. لایه چسباننده اصلی با علامت ((o)) نشان داده شده است. آسفالتان B که با ((AB)) نشان داده می شود و پارافین FT که با علامت ((FT)) نشان داده می شود.
۳-۲٫ آزمایش مواد
آزمایش سوپرپیو IDT برای مشخص کردن عملکرد مخلوط بتن آسفالتی در این مقاله مورد استفاده قرار گرفته است. مقدار قابل توجهی از داده های تجربی در رابطه با شکست اولیه و انتشار آن در مخلوط های آسفالت، اخیرا توسط محققین متعددی بر اساس آزمایش سوپرپیو IDT گزارش شده است. این آزمایش روشی کاربردی و معتبر برای اندازه گیری ویژگی های مقاومت کششی مخلوط بوده و در دستورالعمل طراحی نظری-تجربی روسازی برای تخمین شکست روسازی های انعطاف پذیر در دماهای پایین مورد استفاده قرار گرفته است. این آزمایش توسط محققین متعددی برای ارزیابی خستگی شکست و شکست در دماهای پایین به کار رفته است.
پاسخ خطی ویسکوالاستیک مخلوط با استفاده از نتایج تست مدل Resilient و تست خزش اندازه گیری می شود. شکل ۳ طرح انطباق خزش در برابر زمان را نشان می دهد. پاسخ خزش D(t) مشاهده شده در شکل ۳ با عبارتone term power law تطبیق داده شده تا D1 و m را نتیجه دهد. D0 نیز همانند معکوس مدولresilient (Mr) که از تست مدول Resilient به دست آمد تقریب زده شده است.
۴-۲٫ تعیین نقطه شروع تخریب ریز
استراتژی تجربی و کلی زیر ممکن است برای تعیین شروع ترک های ریز مطرح شود. تست مقاومت سوپرپیو IDT مخرب اجرا شده روی نمونه آسفالت، در نرخ تغییر شکل ثابت، با نرخ تنش غیر محوری فرض شده در مرکز نمونه را در نظر می گیریم. تابع وارفتگی خطی ویسکوالاستیک به دست آمده از مدول resilient و تست خزش به همراه یکدیگر و با کرنش کششی افقی اندازه گیری شده در مرکز نمونه، حین انجام تست مقاومت، برای تخمین پاسخ تنش غیر مخرب (تئوری) مصالح با استفاده از معادله ۴۵ به کار رفته است.
۴-۳٫تعیین پارامترهای تخریب
پارامترهای تخریب مورد نیاز برای تشریح خرابی با استفاده از مدل ارائه شده k1, k2 ، و So می باشد. پارامترهای تخریب با استفاده از تست مقاومت IDT سوپرپیو خزش و مدول resilient به دست می آیند. تست مدول resilient سوپرپیو و خزش برای به دست آوردن پاسخ خطی ویسکوالاستیک مصالح مورد استفاده قرار می گیرد. از پاسخ الاستیک، مدول وارفتگی بتن با استفاده از تبدیل تطابق خزش با تابع مدول وارفتگی به دست می آید. تاریخچه بارگذار، از بارگذاری یکنواخت به همراه مدول وارفتگی بتن برای به دست آوردن پاسخ تنش خطی ویسکوالاستیک تئوری مورد استفاده قرار می گیرند. سپس نسبت تنش برای تصحیح تئوری پیش بینی شده، اگر عدم تطابقی بین پاسخ تجربی و پاسخ تئوری پیش بینی شده وجود داشته باشد به کار می رود.
۴-۴٫ تشکیل ترک های بزرگ
انرژی شکست به دست آمده با مشتق گرفتن از مشاهدات کرنش سنج در تست مقاومت سوپرپیو همانند محدوده انرژی برای شروع شکست بزرگ مورد استفاده قرار می گیرد. در مطالعات بسیاری مشاهده شده است که انرژی شکست ویژگی اساسی مصالح بوده که مستقل از حالت تنش و شرایط بارگذاری است که برای ارزیابی پتانسیل شکست مخلوط مناسب است همانند ۵۴ و ۲۱٫
۴-۵٫ تعیین پارامترهای جفت شدگی دما
در Darabi et al پارامترهای جفت شدگی دما برای تخمین رفتار مخلوط های آسفالت در دماهایی که داده های تجربی در دسترس نیستند ارائه شده است. روشی ساده برای ارائه روند کار به دست آوردن پارامترهای تخریب و آستانه شروع تخریب ترک های ریز بحرانی در دماهایی که برای آن تست نشده اند آمده است. برای توصیف گسترش آستانه شروع تخریب ترک های ریز بحرانی به عنوان تابعی از دما، آستانه تخریب ترک های ریز بحرانی بر حسب یک مقدار در یک دمای مرجع و پارامتر جفت شدگی دما G(T) بیان می شود تا آستانه شروع تخریب ترک های ریز بحرانی را در دیگر دماها نتیجه دهد. G(T) به عنوان تابعی از ضریب انتقال منحنی تطابق خزش و بیان می شود که خود پارامتری از مصالح است. معادلات (۴۹) و (۵۰) عباراتی را برای آستانه شروع تخریب ترک های ریز بحرانی به عنوان تابعی از دما نشان می دهند. مقادیر به دست آمده برای نمونه های مختلف در جدول ۵ نشان داده شده اند. شکل ۱۱ طرح مقادیر اندازه گیری شده G(T) را در برابر مقادیر پیش بینی شده برای مخلوط های به کار رفته در این مقاله نشان می دهد.
مطالعه پارامتریک برای محاسبه عددی اثر تنوع نرخ کرنش در پاسخ تنش-کرنش گسترش تخریبی و انرژی رها شده قبل از تشکیل ترک های بزرگ برای مخلوط های AG2-O در دمای ۱۰- درجه سانتی گراد انجام شده است. این مخلوط در معرض نرخ های متفاوت کرنش از ۵۰۰۰ میکرو کرنش بر ثانیه تا ۳۰۰ میکرو کرنش ۱ ثانیه قرار گرفته است. انرژی شکست مخلوط در دمای انتخاب شده به عنوان معیاری برای شروع ترک های بزرگ مورد استفاده قرار می گیرد.از پاسخ تنش کرنش نشان داده شده در شکل ۱۸ مشاهده می شود که در نرخ های بالای کرنش، این مخلوط توانایی پایین تری برای تنش های وارفتگی حاصل در تنش های بالای ایجاد شده در مخلوط و تنش های کمتر ایجاد شده در مصالح با نرخ های پایین کرنش دارد.
مدل تخریب پدیده ای بر اساس انرژی برای توضیح شروع تخریب در قالب ترک های ریز و ترکیب شده به صورت ترک بزرگ ارائه شده است. این مدل که بر اساس مکانیک تخریب پیوسته و فرآیند برگشت ناپذیر ترمودینامیکی می باشد به مخلوط های آسفالت اعمال شده تا رفتار مکانیکی شان را مشخص کند. تشکیل ترک های ریز به عنوان منبع غیر خطی بودن در پاسخ مصالح و در نتیجه انحراف از پاسخ خطی ویسکوالاستیک در نظر گرفته می شود. این خرابی به شیوه ای کلی و با استفاده از متغیری درونی برای توضیح گسترش تخریب توزیع شده در مخلوط ارائه شده است.
اعمال خرابی ارائه شده از معیارهای مختلفی برای پیش بینی شروع و گسترش ترک های ریز در محدود ای با دمای پایین که خاصیت خمیری کم شده است استفاده می کند.
با استفاده از اصل گسترش غیر مرتبط، به وسیله محدودیت های اعمال شده توسط قانون دوم ترمودینامیک، معیار اولیه ای برای تعیین نقطه شروع ترک های ریز مورد استفاده قرار می گیرد در حالی که معیار دوم برای استنتاج اصل گسترش ترک های ریز معرفی شده است. مشاهده شد که آستانه خرابی ترک های ریز بحرانی با افزایش دما افزایش می یابد. به طور کلی به دلیل افزایش آستانه تخریب ترک های ریز بحرانی، مخلوط ها در برابر تشکیل ترک های ریز با افزایش دما مقاوم تر هستند. جفت شدگی دما پیش بینی آستانه تخریب ترک های ریز بحرانی را در محدوده وسیعی از دما امکان پذیر می سازد. به طور کلی مدل خرابی ارائه شده توانایی مشخص کردن گسترش تخریب را در مخلوط های آسفالتی متداول و غیر متداول برای شرایط بارگذاری یکنواخت اثبات می کند.
مدل تخریب ارائه شده به گونه ای تدوین شده است که ترکیب آسان ماکنیزم های درمان و سخت کنندگی سریع را که در پدیده های مهمی برای بررسی مدل سازی پاسخ بتن آسفالتی هستند امکان پذیر می سازد. این مدل در فضای تنش-کرنش همانند فضای فضای تنش-شبه کرنش با استفاده از قانون تناظر الاستیک-ویسکوالاستیک با پارامترهای مدلی که بر طبق آن تعیین شده اند مورد استفاده قرار می گیرد. کارهای بیشتر برای صحت سنجی مدل تخریب با استفاده از تست های تجربی مختلف و شرایط بارگذاری مختلف انجام خواهد شد. پتانسیل های خاصیت خمیری ایجاد شده و جفت شده تا پاسخ مصالح را در دماهای بالا و شرایطی که تغییر شکل های پلاستیک حاکم هستند مدل سازی می کند.
لطفا به جای کپی مقالات با خرید آنها به قیمتی بسیار متناسب مشخص شده ما را در ارانه هر چه بیشتر مقالات و مضامین ترجمه شده علمی و بهبود محتویات سایت ایران ترجمه یاری دهید.
