CN111539140A - 一种有限元模拟单轴贯入强度试验的建模方法，设备及可读存储介质 - Google Patents

一种有限元模拟单轴贯入强度试验的建模方法，设备及可读存储介质 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种有限元模拟单轴贯入强度试验的建模方法，设备及可读存储介质，配置并建立试件模型；配置试件模型的材料参数，并赋予试件模型的截面参数；在试件模型的预设位置连接压头，并组装构件，使压头与试件刚好接触；设置分析步，设置分析时间，设置历史输出中要输出参考点的位移和载荷；为试件模型和压头接触面设置摩擦系数；设置试件模型的边界条件；执行单轴贯入强度试验，并输出试验结果。采用有限元模拟真实的单轴贯入试验，与真实的试验相比，操作简单，减少了购买试验设备的费用，省去了制作试件的繁琐步骤，模拟出的极限荷载与实测结果接近，便于设计人员进行配合比设计或进行高温稳定性验算。

Description

一种有限元模拟单轴贯入强度试验的建模方法，设备及可读 存储介质
技术领域
本发明涉及公路沥青路面强度试验技术领域，尤其涉及一种有限元模拟单轴贯入强度试验的建模方法，设备及可读存储介质。
背景技术
目前的高等级公路，多以沥青路面为主要路面类型，沥青路面有较好的路用性能。
为了能够使沥青路面具有一定的高温稳定性和耐久性，需要对沥青路面进行取样并进行试验。目前需要人工成型试件，如图8所示，需要对试件进行固定，并模拟试验条件，配置现场环境等等，这样不仅采购费用高，试验前准备工作量大，试验操作较复杂，还难以满足实际需要。
发明内容
为了克服上述现有技术中的不足，本发明提供一种有限元模拟单轴贯入强度试验的建模方法，方法包括：
S11，配置并建立试件模型；
S12，配置试件模型的材料参数，并赋予试件模型的截面参数；
S13，在试件模型的预设位置连接压头，并组装构件，使压头与试件刚好接触；
S14，设置分析步，设置分析时间，设置历史输出中要输出参考点的位移和载荷；
S15，为试件模型和压头接触面设置摩擦系数；
S16，设置试件模型的边界条件；
S17，执行单轴贯入强度试验，并输出试验结果。
基于上述方法本发明还提供一种实现有限元模拟单轴贯入强度试验的建模方法的设备，包括：存储器，用于存储计算机程序及有限元模拟单轴贯入强度试验的建模方法；处理器，用于执行所述计算机程序及有限元模拟单轴贯入强度试验的建模方法，以实现有限元模拟单轴贯入强度试验的建模方法的步骤。
基于上述方法本发明还提供一种具有有限元模拟单轴贯入强度试验的建模方法的可读存储介质，可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行以实现有限元模拟单轴贯入强度试验的建模方法的步骤。
从以上技术方案可以看出，本发明具有以下优点：
有限元模拟单轴贯入强度试验的建模方法采用有限元模拟真实的单轴贯入试验，与真实的试验相比，操作简单，减少了购买试验设备的费用，省去了制作试件的繁琐步骤，模拟出的极限荷载与实测结果接近，便于设计人员进行配合比设计。
附图说明
为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为有限元模拟单轴贯入强度试验的建模方法流程图；
图2为试件模型示意图；
图3为试件模型与压头连接示意图；
图4为设置试件模型的边界条件示意图；
图5为对试件模型进行网格划分示意图；
图6为有限元模拟试验结果图；
图7为实验室实测结果图；
图8为实验室真实试验测试过程图。
具体实施方式
本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。
附图中所示的方框图仅仅是功能实体，不一定必须与物理上独立的实体相对应。即，可以采用软件形式来实现这些功能实体，或在一个或多个硬件模块或集成电路中实现这些功能实体，或在不同网络和/或处理器装置和/或微控制器装置中实现这些功能实体。
本发明提供一种有限元模拟单轴贯入强度试验的建模方法，如图1至7所示，方法包括：
S11，配置并建立试件模型；
试件模型为圆柱体状，优选的，试件模型取直径150mm，高100mm；压头为圆柱体状，优选的，尺寸直径42mm，高50mm。
S12，配置试件模型的材料参数，并赋予试件模型的截面参数；
试件模型的材料参数可以分两层，上层为4cm的SMA-13沥青混合料，模量1600Mpa，泊松比0.3，密度2.4。下层为6cm的AC-20沥青混合料，模量1200Mpa，泊松比0.25，密度2.3。
设置压头的密度为7.8，模量210000Mpa，泊松比0.3；
将沥青混合料视为理想的弹塑性材料，在SMA材料中设置屈服应力和剪切损伤；设屈服应力为1.6Mpa，剪切损伤中的断裂应力为0.001。
将沥青混合料视为理想的弹塑性材料，故SMA材料中设置屈服应力和剪切损伤。设屈服应力1.6Mpa和剪切损伤中的断裂应力为0.001。
S13，在试件模型的预设位置连接压头，并组装构件，使压头与试件刚好接触；
试件模型与压头接触方式为接触为法向硬接触。也就是组装构件，使压头与试件刚好接触。
S14，设置分析步，设置分析时间，设置历史输出中要输出参考点的位移和载荷；
设置分析步为动态显式分析步，分析步时间为0.2s，历史输出中设置需要输出的压头z向位移和应力。
S15，为试件模型和压头接触面设置摩擦系数；
试件模型与压头接触方式为接触为法向硬接触；试件模型与压头接触面的摩擦系数为0.3至0.5。
S16，设置试件模型的边界条件；
试件模型的底部为固定面；图4中，将压头整体设为等效结点RP-1，在等效结点处设置z向的位移，位移加载方式为smooth type。
这里可以设置网格，对试件模型进行网格划分，网格越细计算精度越高，可以起到提升试件模型的试验效果。
S17，执行单轴贯入强度试验，并输出试验结果。
作为单轴贯入强度试验中，可以模拟万能材料试验机。符合加载速率保持1mm/mm的要求。试验机宜有伺服系统，在加载过程中速率基本不变。
作为贯入压头的材质为Q235不锈钢，其洛氏硬度HRC应在10～30之间。压头上部为长×宽×厚＝50mm×50mm×10mm的薄板形；下部为圆柱体，对直径150mm试件，
Figure BDA0002456144740000041
对直径100mm试件，
Figure BDA0002456144740000042
Figure BDA0002456144740000043
也可以按试验需求准备测试用沥青混合料试件。可以采用试件标准直径为150mm，混合料公称最大粒径小于或等于16mm时也可采用100mm的直径；试件高度为100mm。
优选地，调节粗调压头位置使其距离试件表面约为1mm，然后继续微调压头位置使其与试件接触，直至接触压力接近0.05kN，接触压力不可超过0.05kN。
启动加载，加载速率为1mm/mm，记录压力和位移，当应力值降为应力极值点90％时，停止试验。取破坏极值点强度作为试件贯入强度。
这样采用有限元模拟真实的单轴贯入试验，与真实的试验相比，操作简单，减少了购买试验设备的费用，省去了制作试件的繁琐步骤，模拟出的极限荷载与实测结果接近，便于设计人员进行配合比设计。
基于上述方法本发明还提供一种实现有限元模拟单轴贯入强度试验的建模方法的设备，包括：存储器，用于存储计算机程序及有限元模拟单轴贯入强度试验的建模方法；处理器，用于执行所述计算机程序及有限元模拟单轴贯入强度试验的建模方法，以实现有限元模拟单轴贯入强度试验的建模方法的步骤。
基于上述方法本发明还提供一种具有有限元模拟单轴贯入强度试验的建模方法的可读存储介质，可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行以实现有限元模拟单轴贯入强度试验的建模方法的步骤。
实现有限元模拟单轴贯入强度试验的建模方法的设备是结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。
在实现有限元模拟单轴贯入强度试验的建模方法的设备的存储介质中，存储有能够实现本说明书上述方法的程序产品。在一些可能的实施方式中，本公开的各个方面还可以实现为一种程序产品的形式，其包括程序代码，当所述程序产品在终端设备上运行时，所述程序代码用于使所述终端设备执行本说明书上述“示例性方法”部分中描述的根据本公开各种示例性实施方式的步骤。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (8)

1.一种有限元模拟单轴贯入强度试验的建模方法，其特征在于，方法包括：
S11，配置并建立试件模型；
S12，配置试件模型的材料参数，并赋予试件模型的截面参数；
S13，在试件模型的预设位置连接压头，并组装构件，使压头与试件刚好接触；
S14，设置分析步，设置分析时间，设置历史输出中要输出参考点的位移和载荷；
S15，为试件模型和压头接触面设置摩擦系数；
S16，设置试件模型的边界条件；
S17，执行单轴贯入强度试验，并输出试验结果。
2.根据权利要求1所述的建模方法，其特征在于，
步骤S12还包括：
试件模型的材料参数可以分两层，上层为4cm的SMA-13沥青混合料，模量1600Mpa，泊松比0.3，密度2.4；下层为6cm的AC-20沥青混合料，模量1200Mpa，泊松比0.25，密度2.3；
设置压头的密度为7.8，模量210000Mpa，泊松比0.3；
将沥青混合料视为理想的弹塑性材料，在SMA材料中设置屈服应力和剪切损伤；设屈服应力为1.6Mpa，剪切损伤中的断裂应力为0.001。
3.根据权利要求1所述的建模方法，其特征在于，
步骤S13还包括：
组装构件，使压头与试件刚好接触。
4.根据权利要求1所述的建模方法，其特征在于，
步骤S14还包括：设置分析步为动态显式分析步，分析步时间为0.2s，
历史输出中设置需要输出的压头z向位移和应力。
5.根据权利要求1所述的建模方法，其特征在于，
步骤S15还包括：
试件模型与压头接触方式为接触为法向硬接触；
试件模型与压头接触面的摩擦系数为0.3至0.5。
6.根据权利要求1所述的建模方法，其特征在于，
步骤S16还包括：
试件模型的底部为固定面；将压头整体设为等效结点RP-1，在等效结点处设置z向的位移，位移加载方式为smooth type。
7.一种实现有限元模拟单轴贯入强度试验的建模方法的设备，其特征在于，包括：
存储器，用于存储计算机程序及有限元模拟单轴贯入强度试验的建模方法；
处理器，用于执行所述计算机程序及有限元模拟单轴贯入强度试验的建模方法，以实现如权利要求1至6任意一项所述有限元模拟单轴贯入强度试验的建模方法的步骤。
8.一种具有有限元模拟单轴贯入强度试验的建模方法的可读存储介质，其特征在于，所述可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行以实现如权利要求1至6任意一项所述有限元模拟单轴贯入强度试验的建模方法的步骤。
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