بررسی مدل سازی رفتار ویسکوالاستیک قیر به روش اجزا محدود

مخلوط بتن آسفالتی گرم، به عنوان با کیفیت ترین و مقاوم ترین مصالح در روسازی آسفالتی، نقش عمدهای در کاهش تنش بارهای وارده از طرف وسایل نقلیه دارند. در روش های معمول طراحی، آسفالت به عنوان یک سازه با رفتار الاستیک، بررسی می شود و میزان کاهش تنش با بررسی رفتار الاستیک آسفالت، بدست می آید. اما آسفالت به دلیل ترکیبات داخلی شامل سنگدانه، ماستیک (مخلوط قیر و فیلر) و حفرات هوا دارای رفتار پیچیده است و پاسخ وابسته به زمان، دما و نرخ نشان می دهد. به همین دلیل پیش بینی عملکرد آسفالت، بسیار پیچیده و چالش برانگیز است. این رفتار در محدوده تغییر شکل های برگشت پذیر توسط تئوری ویسکوالاستیسیته شرح داده می شود. برای بررسی پاسخ آسفالت در برابر بارهای تکراری، مدل ویسکوالاستیک آسفالت در سه بعد گسترش داده شد و روش عددی برای حل اجزای محدود در گام های زمانی پیاده سازی شد. چندین مدل سه بعدی، با رفتار ویسکوالاستیک، تحت بارهای تکراری، در شرایط گوناگون بارگذاری و هندسی، مدل سازی شد و پاسخ تابع زمان و نرخ، به روش المان محدود در بسته المان محدود ABAQUS بدست آورده شد. اثر زمان پالس بارگذاری، باربرداری، سرعت های مختلف عبور وسایل نقلیه، و اثر ضخامت لایه آسفالت در معیارهای معمول طراحی و نقاط بحرانی مورد بررسی و تحلیل قرار گرفت. در این تحلیل نشان داده شد که در سرعت های پایین، میزان تنش ایجاد شده تا 8 برابر بیشتر از رفتار الاستیک و تا 3 برابر نسبت به کاهش 8 برابری سرعت، ایجاد شده است. حساسیت پاسخ روسازی تا 1.5 برابر برای محدوده سرعت های 10 تا 40 کیلومتر بر ساعت نسبت به سرعت های 40 تا 80 کیلومتر بر ساعت بیشتر است. در تحلیل اثر ضخامت، نشان داده شد که افزایش ضخامت اثر بسیار موثری در کاهش چند برابری تنش ها و کرنش ها دارد و با شدت تا 6 و 2 برابر بیشتر از رفتار الاستیک، به ترتیب کرنش ها و تنش ها در لایه آسفالتی کاهش پیدا می کنند.

کلیدواژه ها:

ویسکوالاستیک ، قیر ، اجزا محدود ، جاده و آسفالت