Pavement modelling using mechanical and thermal homogenization of layered systems

• Autorzy: Graczyk M. , Rafa J. , Zofka A.

Identyfikatory

DOI

10.7409/rabdim.018.009

Warianty tytułu

PL

Modelowanie nawierzchni z wykorzystaniem metod homogenizacji mechanicznej i termicznej układów warstwowych

• Języki publikacji: PL EN

Abstrakty

PL

W artykule przedstawiono model homogenizacji mechanicznej i termicznej układu warstwowego nawierzchni. Rzeczywista nawierzchnia drogowo-lotniskowa, składającą się z kilku różnorodnych warstw spoczywających na podłożu, została zamodelowana warstwą o parametrach fizyko-mechanicznych równoważnych pod względem dynamicznym i termicznym. Wykorzystując kryteria masowe, falowe, energetyczne i termodynamiczne zaprezentowano autorskie modele równoważne nawierzchni w układzie homogenizowanym z układem wielowarstwowym. Modelowanie prowadzono w taki sposób, aby uzyskać równoważność dynamicznych i termicznych procesów falowych zachodzących w układzie wielowarstwowym oraz homogenizowanym. Skonstruowano rozwiązanie zagadnienia dla warstwy współpracującej z półprzestrzenią modelujące nawierzchnię uwarstwioną spoczywającą na podłożu (półprzestrzeni). Modelowanie rzeczywistej nawierzchni warstwą równoważną przeprowadzono pod względem matematycznym oraz fizycznym z uwzględnieniem występujących w niej procesów mechanicznych i termicznych. Przedstawione rozwiązanie umożliwia prowadzenie analiz uniwersalnego zagadnienia warstwy spoczywającej na podłożu gruntowym, w tym oceny złożonych problemów termo- mechaniki oraz diagnostyki drogowych i lotniskowych nawierzchni warstwowych.

EN

The paper presents a model of the mechanical and thermal homogenization of the layered pavement system. The actual road/airport pavement consisting of several different layers resting on a sub-grade is modelled by a layer with dynamically and thermally equivalent physico-mechanical parameters. Using mass, wave, energy and thermodynamic criteria, equivalent models of the pavement in the homogenized system and in the multilayer system are presented. The modelling was conducted to obtain equivalence between the dynamic and thermal wave processes taking place in the multilayer system and in the homogenized system. The problem solution was constructed for a layer interacting with a half-space, modelling a layered pavement resting on a sub-grade (a half-space). The actual pavement was mathematically and physically modelled by the equivalent layer, taking into account the mechanical and thermal processes taking place in the latter. The presented solution enables one to carry out analyses of the universal problem of a layer resting on a sub-grade and to evaluate complex problems relating to the thermo-mechanics and condition testing of layered road and airport pavements.

Słowa kluczowe

PL

izolinie parametrów zastępczych; kryteria homogenizacji; nawierzchnia wielowarstwowa; nawierzchnia zastępcza; zastępcze parametry mechaniczne i termiczne

EN

equivalent mechanical and thermal parameters; equivalent pavement; homogenization criteria; isolines of equivalent parameters; multilayer pavement

• Wydawca: Instytut Badawczy Dróg i Mostów
• Czasopismo: Roads and Bridges - Drogi i Mosty
• Rocznik: 2018
• Tom: Vol. 17, no. 2
• Strony: 141--157
• Opis fizyczny: Bibliogr. 17 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Graczyk M.

• Instytut Badawczy Dróg i Mostów, ul. Instytutowa 1, 03-302 Warszawa

autor

Rafa J.

• Wojskowa Akademia Techniczna, Wydział Cybernetyki, Instytut Matematyki i Kryptologii, ul. gen. Witolda Urbanowicza 2, 01-476 Warszawa

autor

Zofka A.

• Instytut Badawczy Dróg i Mostów, ul. Instytutowa 1, 03-302 Warszawa

Bibliografia

• 1. Kaliski S.: Drgania i fale. PWN, Warszawa, 1966
• 2. Odemark N.: Investigation as to the Elastic Properties of Soils and the Design of Pavements According to the Theory of Elasticity. Statens Vaginstitut, Meddelande 77, 1949, 3-30
• 3. Graczyk M.: Nośność konstrukcji nawierzchni wielowarstwowych w krajowych warunkach klimatycznych. IBDiM, Studia i Materiały, zeszyt 63, 2010
• 4. Graczyk M., Rafa J., Zofka A.: The selected problems of multi-layer pavements – influence of composite impacts vehicles and climatic factors on the behavior of roads pavements. Transportation Research Procedia, 14, 2016, 2487-2496
• 5. Nagórski R.: Mechanika nawierzchni drogowych w zarysie. PWN, Warszawa, 2014
• 6. Graczyk M., Rafa J., Rafalski L., Zofka A.: New Analytical Solution of Flow and Heat Refraction Problem in Multilayer Pavement. Roads and Bridges - Drogi i Mosty, 13, 1, 2014, 33-48
• 7. Kim H., Buttlar W.G.: Multi-scale Fracture Modeling of Asphalt Composite Structures. Composites Science and Technology, 69, 15-16, 2009, 2716-2723
• 8. Zofka A., Marasteanu M., Turos M., Paulino G.H., Pindera M.J., Dodds R.H., Chen L.: Investigation of Asphalt Mixture Creep Behavior Using Thin Beam Specimens. AIP Conference Proceedings, 973, 2008, 718-723
• 9. Teixeira J., Kim Y.R., Souza F., Allen D., Little D.: Multiscale Model for Asphalt Mixtures Subjected to Cracking and Viscoelastic Deformation. Transportation Research Record: Journal of the Transportation Research Board, 2447, 2014, 136-145
• 10. Lutif J., Souza F., Kim Y., Soares J., Allen D.: Multiscale Modeling to Predict Mechanical Behavior of Asphalt Mixtures. Transportation Research Record: Journal of the Transportation Research Board, 2181, 2010, 28-35
• 11. Sejnoha M., Zeman J., Valenta R.: Macroscopic Constitutive Law for Mastic Asphalt Mixtures from Multiscale Modelling. International Journal for Multiscale Computational Engineering, 8, 1, 2010, 131-149
• 12. Buttlar W., Bozkurt D., Al-Khateeb G., Waldhoff A.: Understanding Asphalt Mastic Behavior Through Micromechanics. Transportation Research Record: Journal of the Transportation Research Board, 1681, 1999, 157-169
• 13. Yin H.M., Buttlar W.G., Paulino G.H., Benedetto H.Di.: Assessment of Existing Micro-mechanical Models for Asphalt Mastics Considering Viscoelastic Effects. Road Materials and Pavement Design, 9, 1, 2008, 31-57
• 14. Lutif J., Souza F., Kim Y., Soares J., Allen D.: Multiscale Modeling to Predict Mechanical Behavior of Asphalt Mixtures. Transportation Research Record: Journal of the Transportation Research Board, 2181, 2010, 28-35
• 15. Sejnoha M., Zeman J., Valenta R.: Macroscopic Constitutive Law for Mastic Asphalt Mixtures from Multiscale Modelling. International Journal for Multiscale Computational Engineering, 8, 1, 2010, 131-149
• 16. Buttlar W., Bozkurt D., Al-Khateeb G., Waldhoff A.: Understanding Asphalt Mastic Behavior Through Micromechanics. Transportation Research Record: Journal of the Transportation Research Board, 1681, 1999, 157-169
• 17. Yin H.M., Buttlar W.G., Paulino G.H., Benedetto H.Di.: Assessment of Existing Micro-mechanical Models for Asphalt Mastics Considering Viscoelastic Effects. Road Materials and Pavement Design, 9, 1, 2008, 31-57

Uwagi

Opracowanie rekordu w ramach umowy 509/P-DUN/2018 ze środków MNiSW przeznaczonych na działalność upowszechniającą naukę (2019).