Application of elasto-visco-plastic constitutive model for asphalt pavement creep simulation

• Autorzy: Zbiciak A.

Warianty tytułu

PL

Zastosowanie sprężysto-lepko-plastycznego modelu konstytutywnego do symulacji pełzania nawierzchni asfaltowej

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The primary objective of this work is to formulate constitutive relations of asphalt mixture, suited for FE creep simulation of pavement structure. ABAQUS/Standard software is used for this purpose. An elasto-visco-plastic model is employed to represent the time- and the stress-dependent behaviour of asphaltic material. The model is based on a generalized macroscopic theory taking into account the effect of pressure-dependency on yielding. The viscosity phenomenon is limited to deviatoric subspace of stresses and strains. The implementation of constitutive relations to be formulated in the paper, is done through user subroutine module UMAT. The results of numerical simulation of creep behaviour of multilayer pavement structure, illustrating the applicability of the algorithm are also discussed.

PL

Przedstawiono sformutowanie relacji konstytutywnych materiału nawierzchni asfaltowej. Przyjęto sprężysto-lepko-plastyczny model materiału, wrażliwy zarówno na intensywność obciążenia jak i na jego prędkość, który umożliwia symulację zjawiska pełzania z wykorzystaniem MES. Zastosowano podejście fenomenologiczne uwzględniając efekt wrażliwości na stany ciśnień hydrostatycznych, poprzez warunek plastyczności Misesa-Schleichera. Zjawisko lepkości ograniczono do podprzestrzeni dewiatorowych naprężeń i odkształceń. Podano interpretację schematu dekompozycji odkształceń wykorzystując odpowiednie modele reologiczne. Model odpowiadający podprzestrzeni dewiatorowej, należy traktować jako rozwinięcie lepko-sprężystego schematu Burgersa, wykazującego efekt wzmocnienia kinematycznego po przekroczeniu granicy plastyczności. Otrzymano jawną, różniczkową formę relacji konstytutywnych rozpatrywanego modelu materiału. Związki fizyczne zaprogramowano w ramach procedury UMAT, napi- sanej w języku FORTRAN, która została dołączona do komercyjnego systemu MES ABAQUS/Standard. Zwrócono uwagę na niektóre problemy numerycznej implementacji. Przeanalizowano wyniki symulacji pełzania wielowarstwowej nawierzchni asfaltowej, które wskazują na adekwatność przyjętego algorytmu numerycznego. Przeprowadzono analizę porównawczą zachowania się nawierzchni wykonanej z materiału lepko-sprężystego i sprężysto-lepko-plastycznego. Uzyskane wyniki pokazują różnice w rozkładzie stref koncentracji trwałych naprężeń, które powstają zarówno na skutek pełzania nawierzchni jak i w efekcie jej uplastycznienia.

Słowa kluczowe

EN

asphalt pavement; creep; constitutive model; elasto-viscoplastic model; finite element method

PL

nawierzchnia asfaltowa; pełzanie; model konstytutywny; model sprężysto-lepko-plastyczny; metoda elementów skończonych

• Wydawca: Komitet Inżynierii Lądowej i Wodnej PAN ; Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Lądowej
• Czasopismo: Archives of Civil Engineering
• Rocznik: 2008
• Tom: Vol. 54, nr 3
• Strony: 635--647
• Opis fizyczny: Bibliogr. 14 poz., il.

Twórcy

autor

Zbiciak A.

• University of Technology, Institute of Structural Mechanics, Warszawa, Poland,

Bibliografia

• 1. ABAQUS Analysis User's Manuał, Ver. 6.5, 2004.
• 2. W. DERSKI, R. IZBICKI, I. KISIEL, Z. MRÓZ, Rock and soil mechanics, PWN, Warszawa 1988.
• 3. W. GRZESIKIEWICZ, W. WOJEWÓDZKI, A. ZBICIAK, Non-smooth dynamic problem formulation for elastic-perfectly plastic solid, Proc. 11th Polish-Ukrainian Conf. Theoretical Foundations of Civil Eng., 339-350, Warszawa 2003.
• 4. M. N. S. HADI, B. C. BODHINAYAKE, Non-linear finite element of flexible pavements, Advances in Engineering Software, 34, 657-662, 2003.
• 5. S. JEMIOŁO, M. GAJEWSKI, Constitutive models of asphalt and asphalt-aggregate mixes in road-airfield traffic surfaces [in Polish], 10th Polish-Ukrainian Conf. Theoretical Foundations of Civil Eng., 939-960, Warszawa 2002.
• 6. S. JEMIOŁO, A. SZWED, Dual constitutive relationships for perfect plasticity of isotropic materials with Mises-Schleicher yield condition [in Polish], Transactions of Warsaw Univ. of Technology, Civil Eng., 133, 53-86, 1999.
• 7. J. JUDYCKI, Rheological models of asphalt pavement [in Polish], Transactions of Gdańsk Univ. of Technology, 368, 123-145, Gdańsk 1984.
• 8. I. KISIEL, Rheology in civil engineering [in Polish], Arkady, Warszawa 1967.
• 9. V. A. LUBARDA, Elastoplasticity Theory, CRC, Boca Raton 2002.
• 10. W. NOWACKI, Theory of creep [in Polish], Arkady, Warszawa 1963.
• 11. J. PIŁAT, P. RADZISZEWSKI, Asphalt pavements [in Polish], Publishing House on Transport and Telecommunications, Warszawa 2003.
• 12. J. C. SIMO, T. J. R. HUGHES, Computational inelasticity, Springer-Verlag, New York 1998.
• 13. A. SZYDŁO, P. MACKIEWICZ, Asphalt mixes deformation sensitivity to change in rheological parameters, J. of Materials in Civil Eng., 1-9, Jan/Feb 2005.
• 14. A. ZBICIAK, W. WOJEWÓDZKI, Numerical simulation of creep behaviour of asphalt pavement, 14th Polish-Ukrainian-Lithuanian Conf. Theoretical Foundations of Civil Eng., 459-46, Warszawa 2006.