Defining the domain and boundary conditions for finite element model of flexible road pavement

• Autorzy: Nagórski R. , Tutka P. , Złotowska M.

Identyfikatory

DOI

10.7409/rabdim.017.017

Warianty tytułu

PL

Dobór obszaru i warunków brzegowych modelu nawierzchni drogowej podatnej w analizie metodą elementów skończonych

• Języki publikacji: PL EN

Abstrakty

PL

W pracy przedstawiono trzy sposoby doboru obszaru skończonego typu walcowego do analizy MES półprzestrzeni warstwowej sprężystej obciążonej obrotowo symetrycznie pionowo na powierzchni kołowej jako modelu mechanicznego nawierzchni drogowej podatnej, zapewniające dla trzech wariantów warunków brzegowych zgodność maksymalnego ugięcia z wartością dokładną dla półprzestrzeni warstwowej przy zachowaniu poprawności wartości kluczowych odkształceń. W pierwszym wariancie stosuje się standardowe warunki podparcia powierzchni brzegowej obszaru modelowanego MES-em, nieprzesuwne w kierunku prostopadłym do tej powierzchni i przesuwne w kierunku stycznym. Pozostałe dwa warianty wykorzystują elementy półnieskończone – na spodzie wymienionego obszaru i na jego powierzchni bocznej. Dodatkowym efektem sposobu pierwszego jest wyznaczenie wartości dokładnej maksymalnego ugięcia nawierzchni, użyteczne w przypadku zastosowania sposobu drugiego i trzeciego.

EN

The paper presents three methods for defining a finite cylindrical-type domain for finite element analysis of an elastic multi-layered half-space subjected to a rotationally symmetric vertical load distributed over a circular area, thus providing a mechanistic model of a flexible road pavement. For three sets of boundary conditions the methods ensure the consistency between the maximum deflection and the exact calculated value for a multi-layered half-space with compromising the accuracy of the key strain values. The first case uses standard support conditions at the finite element model boundaries – fixed in the direction perpendicular to that plane and sliding in the tangential direction. The other two cases use half-infinite elements – at the base and at the side wall of the domain. The first method, as an additional benefit, enables determining the exact value of the maximum deflection of pavement that can be used in the second and in the third of the described methods.

Słowa kluczowe

PL

dobór obszaru i warunków brzegowych; metoda elementów skończonych; nawierzchnia drogowa podatna; półprzestrzeń warstwowa sprężysta

EN

defining the domain and boundary conditions; finite element method; flexible road pavement; multi-layered elastic half-space

• Wydawca: Instytut Badawczy Dróg i Mostów
• Czasopismo: Roads and Bridges - Drogi i Mosty
• Rocznik: 2017
• Tom: Vol. 16, no. 4
• Strony: 265--277
• Opis fizyczny: Bibliogr. 19 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Nagórski R.

• Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Lądowej, Instytut Dróg i Mostów, al. Armii Ludowej 16, 00-637 Warszawa

autor

Tutka P.

• Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Lądowej, Instytut Dróg i Mostów, al. Armii Ludowej 16, 00-637 Warszawa

autor

Złotowska M.

• Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Lądowej, Instytut Dróg i Mostów, al. Armii Ludowej 16, 00-637 Warszawa

Bibliografia

• 1. Nagórska M.: On a certain method of selection of domain for finite element modeling of the layered elastic half-space in the static analysis of flexible pavement. Archives of Civil Engineering, 58, 4, 2012, 477-501
• 2. Złotowska M.: Dobór rozmiarów obszaru wielowarstwowej półprzestrzeni sprężystej do modelowania MES w analizie statycznej nawierzchni drogowej podatnej. Autobusy - Eksploatacja i Testy, 12, 2016, 1532-1535
• 3. Tutka P., Nagórski R.: Walidacja modeli numerycznych nawierzchni drogowej podatnej z użyciem elementów nieskończonych. Autobusy - Eksploatacja i Testy, 12, 2016, 1400-1404
• 4. Kim M.: Three-dimensional finite element analysis of flexible pavements considering nonlinear pavement foundation behavior. PhD dissertation, University of Illinois, Urbana, USA, 2007
• 5. Nagórski R., Nagórska M.: Weryfikacja modeli skończenie elementowych w analizie statycznej konstrukcji nawierzchni drogowych podatnych. Prace Naukowe, Budownictwo, Oficyna Wydawnicza Politechniki Warszawskiej, Warszawa 2014
• 6. Nishiyama T., Bhatti M.A., Lee H.D.: Development of 3-D finite element model to quantify bond level of thin concrete overlay. Transportation Research Board 82 Annual Meeting, 2003
• 7. Bandeira A.A., Merighi J.V., Fortes R.M.: Finite element model to study structural pavements design - investigation in terms of stresses and strains considering elastoplastic frictional contact mechanics technologies. The Fifth International Conference on Maintenance and Rehabilitation of Pavements and Technological Control MAIREPAV5, Park City, Utah, USA, 2007
• 8. Beer G., Meek J.L.: 'Infinite domain' elements. International Journal for Numerical Methods in Engineering, 17, 1, 1981, 43-52
• 9. Elseifi M.A., Al-Qadi I.L., Yoo P.J.: Viscoelastic modeling and field validation of flexible pavements. Journal of engineering mechanics, 132, 2, 2006, 172-178
• 10. Wang H., Al-Qadi I.L.: Importance of nonlinear anisotropic modeling of granular base for predicting maximum viscoelastic pavement responses under moving vehicular loading. Journal of Engineering Mechanics, 139, 1, 2012, 29-38
• 11. Yang Y.B., Hung H.H.: A 2.5 D finite/infinite element approach for modelling visco-elastic bodies subjected to moving loads. International Journal for Numerical Methods in Engineering, 51, 11, 2001, 1317-1336
• 12. Zbiciak A., Brzeziński K., Michalczyk R.: Analiza wpływu obciążeń dynamicznych na zachowanie się lepko-sprężystego modelu nawierzchni drogowej. Logistyka, 3, 2014, 7037-7045
• 13. Wójcik-Grząba I., Kwaśniewski L.: Verification of the hemispherical finite element model of elastic space. Roads and Bridges - Drogi i Mosty, 14, 1, 2015, 67-79
• 14. ABAQUS Analysis User’s Manual, Ver. 6.8, 2008. Hibbit, Karlsson & Sorensen Inc., USA, 2008
• 15. Minhoto M., et al.: Predicting asphalt pavement temperature with a three-dimensional finite element method. Transportation Research Record: Journal of the Transportation Research Board, 1919, 2005, 96-110
• 16. Al-Qadi I.L., Elseifi M., Yoo P.J.: In-situ validation of mechanistic pavement finite element modeling. In: International Conference on Accelerated Pavement Testing, 2, 2004, Minneapolis, Minnesota, USA
• 17. Pirabarooban S., Zaman M., Tarefder R.A.: Evaluation of rutting potential in asphalt mixes using finite element modeling. In: The Transportation Factor, Annual Conference and Exhibition of the Transportation Association of Canada, Canada, 2003
• 18. Zbiciak A.: Constitutive modelling and numerical simulation of dynamic behaviour of asphalt-concrete pavement. Engineering Transactions, 56, 4, 2008, 311-324
• 19. Hopman P.C.: The Visco-Elastic Multilayer Program VEROAD. Heron, 41, 1, 1996, 71-91

Uwagi

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