Analizy termiczne asfaltowej nawierzchni drogowej z wykorzystaniem MES

• Autorzy: Górszczyk J. , Grzybowska W.

Warianty tytułu

EN

The use of FEM for thermal analyses of the asphalt pavement

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

W artykule omówiono wybrane wyniki komputerowej symulacji rozkładu temperatury w drogowych nawierzchniach asfaltowych, których konstrukcje zostały dobrane dla kategorii obciążenia ruchem KR4 i KR6. W obu przypadkach konstrukcji przedstawiono po 5 wariantów, różniących się właściwościami termicznymi zastosowanych materiałów; współczynnik przewodzenia ciepła /o" określono na podstawie badań własnych, nie zróżnicowano warunków brzegowych. We wszystkich wariantach temperaturę górnej powierzchni nawierzchni przyjęto z polowych pomiarów własnych dokonanych w Krakowie. Zjawisko przewodzenia ciepła wewnątrz nawierzchni drogowej opisanego równaniem przewodnictwa cieplnego Fouriera-Kirchhoffa rozwiązano numerycznie stosując metodę elementów skończonych (MES). Analizy przeprowadzono w systemie ANSYS z wykorzy-staniem modułu Multiphysics, przy założeniu jednokierunkowego przewodzenia ciepła, jednorodności i izotropii materiałów, z jakich wykonane są poszczególne warstwy. Rozkład temperatury w nawierzchni drogowej w chwili początkowej wyznaczono wykorzystując analizę stacjonarną z określonymi dla danej chwili warunkami brzegowymi. Przedstawiono przebiegi rozkładu temperatury w nawierzchni, analizy statystyczne wartości temperatury na spodzie podbudowy asfaltowej dla różnych wariantów oraz wykresy wrażliwości temperatury na wybrany parametr. W celu sprawdzenia poprawności zastosowanego podejścia porównano wyniki symulacji z rzeczywistymi wartościami temperatury pomierzonymi na różnych głębokościach nawierzchni o układzie warstw zbliżonym do analizowanej konstrukcji dla KR4.

EN

The work concerns the transient heat flow in the pavement structure, for medium and heavy traffic. For both pavement structures the 5 variants with different heat conductivity coefficients were analyzed. The same boundary conditions were assumed. The temperature distribution in the pavement structure for the initial moment was calculated using the stationary analyses with the defined border conditions, on the basis of real temperature measurements carried out in Cracow in 2006 year. The heat flow defined with Fourier-Kirchhoff equation was analyzed with finite element method using ANSYS system and Multiphysics modulus. One-way heat conductivity, material uniformity and isotropy was assumed. The analysis was performed for different variants of structural layers and the temperature sensibility for chosen parameters. Comparison of temperature distribution that was calculated with measured temperature in actual airport pavement revealed good fitting so the correctness of the applied approach was confirmed.

Słowa kluczowe

PL

nawierzchnia asfaltowa; nawierzchnia drogowa; metoda elementów skończonych; MES; temperatura; przewodzenie ciepła

EN

asphalt pavement; finite element method; FEM; heat conduction; temperature

• Wydawca: Instytut Badawczy Dróg i Mostów
• Czasopismo: Drogi i Mosty
• Rocznik: 2011
• Tom: nr 4
• Strony: 7--30
• Opis fizyczny: Bibliogr. 10 poz.

Twórcy

autor

Górszczyk J.

autor

Grzybowska W.

• Katedra Budowy Dróg i Inżynierii Ruchu, Politechnika Krakowska

Bibliografia

• [1] Mieczkowski P.: Model fizyczny obliczania temperatury górnej warstwy nawierzchni asfaltowej. Drogownictwo nr 8/2001, 230 - 235
• [2] Hermansson A.: Simulation of asphalt concrete pavement temperatures for use with forward- opracowanie J. Sudyki. IBDiM, Nowości Zagranicznej Techniki Drogowej nr 15 5/2004, 5- 19
• [3] Grzybowska W., Górszczyk J., Zieliński P.: Projekt badawczy Nr 4TO7E 013 28 „Modelowanie zachowania się bitumicznej nawierzchni drogowej w różnych warunkach kontaktu międzywarstwowego z uwzględnieniem pośredniej warstwy geosyntetycznej", finansowany przez Ministerstwo Nauki i Informatyki w latach 2005-2007
• [4] Wiśniewski S., Wiśniewski T.S.: Wymiana ciepła. Wydawnictwo Naukowo-Tech-niczne, IV edition, Warszawa, 1994
• [5] Groth C, Muller G.: FEM fur Praktiker, Band 3 Temperaturfelder. Expert Yerlag, 71272Renningen, 1995
• [6] Katalog typowych konstrukcji nawierzchni podatnych i półsztywnych. IBDiM, Warszawa, 1997
• [7] de Bondt A.H.: Anti-Reflective Cracking Design of (Rcinforced) Asphaltic Over-lays. Delft University of Technology, the Netherlands, 1999
• [8] Sybilski D., Bańkowski W.: Temperatura równoważna nawierzchni asfaltowej ze względu na zmęczenie w polskich warunkach klimatycznych. Drogownictwo nr 6/2004, 179-184
• [9] DIN 4108 Warmeschutz im Hochbau
• [10] MullerR., PirskawetzS., WeiseF.: Einflussder Warmeabstrahlung,-leitfahigkeit und -kapazitat von Mineralstoffen auf die Energiebilanz von Fahrbahnbefestigungen. For-schung Strassenbau und Strassenverkehrstechnik, Heft 968, Koln, 2007