Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Effect of filler type on non-linear viscoelastic characteristics of asphalt mastic

Mazurek Grzegorz

Archives of Civil Engineering

|

2021

|

Vol. 67, nr 2

247--259

EN

This article discusses the rheological tests and analyses based on the Schapery non-linear viscoelasticity model that were performed to study asphalt mastic behaviour under high shear stresses. Seven mineral filler types were applied in this study, including a mixed filler with hydrated lime and fillers derived from dust extraction systems. Determination of basic properties of the fillers was followed by creep and recovery tests (DSR) at different levels of shear stress conducted in accordance with a modified MSCR procedure. The first stage in the analysis was the identification of linear viscoelastic region and the non-linear viscoelasticity model parameters such as the length of the loading period, the temperature and the stress level using TTSSP (Time-Temperature- Stress Superposition Principle). Subsequent numerical simulations of strain variation with respect to stress confirmed a high degree of agreement between the non-linear viscoelasticity model and mastic sample behaviour. A strong correlation was found between the non-linear viscoelasticity parameters and mastic properties. The proposed methodology is able to quickly identify and eliminate the fillers that may contribute to HMA deformations.

PL

W artykule przedstawiono badania i analizy efektów reologicznych mastyksu asfaltowego poddanego wysokim naprężeniem ścinającym wykorzystując model nieliniowej lepkosprężystości Schapery’ego. Docelowy materiał użyty w pracy, czyli mastyks jest efektywnym spoiwem mieszanki mineralno-asfaltowej (mma) będący produktem mieszania asfaltu i wypełniacza (<0,063 mm) zapewniającego właściwą kohezję pomiędzy składnikami zasadniczego szkieletu mineralnego. Relacja pomiędzy proporcjami składników (asfalt-wypełniacz) zdecydowanie wpływa na sztywność mma. Na temat wpływu rodzaju wypełniacza na właściwości mastyksu jak i również mma powstało wiele prac. Nie mniej jednak z faktu złożoności zjawisk reologicznych jakie towarzyszą odkształcalności mastyksu badania nad fenomenologią mastyks wciąż trwają. Według wymagań krajowych (WT-1/2014), jako produkt pełnowartościowy, należy uznać wypełniacz o zawartości węglanu wapnia ≥70%. Z kolei autorzy raportu NCHRP 9-45 stwierdzili, że na właściwości mechaniczne w niskiej i wysokiej temperaturze miały wpływ przede wszystkim właściwości fizyczne wypełniacza takie jak: porowatość, uziarnienie. Ponadto zaobserwowali zadawalające rezultaty jakości mastyksu można uzyskać z wypełniaczami pochodzącymi z systemów odpylania kruszyw nierzadko o odczynie kwaśnym. Z faktu występowania dużych rozbieżności opinii w analizie zostały zastosowane materiały pełnowartościowe: mączka wapienna (L), wypełniacz mieszany: 85% mączka wapienna/15% wapno hydratyzowane (0.15HL/L), wypełniacz mieszany: 70% mączka wapienna/30%wapno hydratyzowane (0.30HL/L). Do dalszej ewaluacji wykorzystano materiały niespełniające kryteria jakościowe (według WT-1/2014) takie jak: pyły pochodzenia gabrowego (G), pyły pochodzenia kwarcytowego (Q), pyły pochodzenia bazaltowego (B), pyły pochodzenia dolomitowego (D) oraz pyły granitowe (do celów walidacji). O skuteczności aplikacji danego wypełniacza świadczy również zachowanie finalnego mastyksu w punktu widzenia jego odkształcalności przy wysokich naprężeniach. Dlatego też do oceny zjawiska pełzania i powrotu sprężystego wykorzystano badania monotoniczne w próbie pełzania z odciążeniem (powrót sprężysty) z zastosowaniem zmodyfikowanej procedury MMSCR. Metoda MMSCR stanowi modyfikację tradycyjnej metody MSCR (Multi Stress Creep Recovery Test) dedykowanej ocenie pełzania asfaltów poddanych cyklicznemu naprężeniu ścinającemu. Metoda MMSCR stanowi rozwinięcie metody MSCR poprzez szerszą analizę zakresu nieliniowego lepkosprężystości o wiele bardziej racjonalnego w rzeczywistej pracy mma. W zmodyfikowanym programie MMSCR pomiar odkształcenia (sekwencja), tak samo jak w badaniu MSCR, był realizowany w czasie trwania obciążenia przez 1 s (sekwencja obciążenia) a następnie odkształcenia w czasie powrotu (sekwencja odciążenia) trwającego 9 s. Badanie zostało powtórzone w trzech temperaturach, czyli: 50°C, 60°C, 70°C aby uwzględnić zasadę superpozycji czas-temperatura (TTSP). Ponadto uwzględniono trzy poziomy naprężenia ścinającego 100Pa, 3200Pa oraz 6400Pa aby wykorzystać najbardziej zaawansowaną zasadę superpozycji TTSSP (time temperature stress superposition principle).

2

Non-linear mastic characteristics based on the modified MSCR (Multiple Stress Creep Recovery) test

Mazurek Grzegorz, Pszczoła Marek, Szydłowski Cezary

Structure and Environment

|

2019

|

Vol. 11, no. 1

23--34

EN

Mastic containing asphalt in its composition is an example of a viscoelastic material. It is an effective binder in asphalt. It consists of a filler (<0.063 mm) and asphalt mixed in the right proportions. Just like in asphalt, its response depends on the temperature level, the load and stress time. Changing the stress stiffness of the mastic affects the non-linear course of the stress-strain relationship. Modelling of the non-linear course of the mastic response for any stress history was performed using a single-integral Schapery equation. Two mastic composites made using filler to asphalt 2:1 ratio, was used in the tests. In addition, the contents of the filler, in one of the compositions, was enriched with hydrated lime in an amount of 15% in relation to the mass of the lime filler. It was found that the use of non-linear viscoelasticity model describes, in a comprehensive manner, the change in strain over time with different stress histories. In addition, hydrated lime reduced strains in the mastic compared to a composition consisting of limestone dust only.

PL

Mastyks zawierający w swoim składzie asfalt jest przykładem materiału lepkosprężystego. Stanowi on efektywne lepiszcze w mieszance mineralno-asfaltowej. Składa się on z wypełniacza (<0,063 mm) oraz asfaltu wymieszanego w odpowiednich proporcjach. Tak samo jak w mma jego odpowiedź zależy od poziomu temperatury, czasu oddziaływania obciążenia. Zmiana sztywności mastyksu wywołana naprężeniem rzutuje na nieliniowy przebieg relacji naprężenia-odkształcenie. Modelowanie nieliniowego przebiegu reakcji mastyksu dla dowolnej historii naprężenia zostało wykonane przy użyciu jednocałkowego równania Schapery’ego. W badaniach wykorzystano dwie kompozycje mastyksu sporządzonego przy proporcji wypełniacza do asfaltu wynoszącego 2:1. Ponadto skład wypełniacza został w jednej z kompozycji wzbogacony o wapno hydratyzowane w ilości 15% w stosunku do masy wypełniacza wapiennego. Stwierdzono, że zastosowanie modelu nieliniowej lepkosprężystości w sposób kompleksowy opisuje zmianę odkształcenia w czasie przy różnej historii występowania naprężna. Ponadto wapno hydratyzowane korzystnie ograniczyło deformacje w mastyksie w stosunku do kompozycji składającej się wyłącznie z mączki wapiennej.

3

Non-linear viscoelastic constitutive model for bovine cortical bone tissue

Pawlikowski M., Barcz K.

Biocybernetics and Biomedical Engineering

|

2016

|

Vol. 36, no. 3

491--498

EN

In the paper a constitutive law formulation for bovine cortical bone tissue is presented. The formulation is based on experimental studies performed on bovine cortical bone samples. Bone tissue is regarded as a non-linear viscoelastic material. The constitutive law is derived from the postulated strain energy function. The model captures typical viscoelastic effects, i.e. hysteresis, stress relaxation and rate-dependence. The elastic and rheological constants were identified on the basis of experimental tests, i.e. relaxation tests and monotonic uniaxial tests at three different strain rates, i.e. [...] = 0:1 min_1, [...] = 0:5 min_1 and [...] = 1:0 min_1. In order to numerically validate the constitutive model the fourth-order stiffness tensor was analytically derived and introduced to Abaqus® finite element (FE) software by means of UMAT subroutine. The model was experimentally validated. The validation results show that the derived constitutive law is adequate to model stress–strain behaviour of the considered bone tissue. The constitutive model, although formulated in the strain rate range [...] = 0:1-1:0 min_1, is also valid for the strain rate values slightly higher than [...] = 1:0 min_1. The work presented in the paper proves that the formulated constitutive model is very useful in modelling compressive behaviour of bone under various ranges of load.

4

Modelowanie konstytutywne tkanki kostnej i materiałów poliuretanowych do zastosowań w chirurgii ortopedycznej

Pawlikowski M.

Prace Naukowe Politechniki Warszawskiej. Mechanika

|

2013

|

z. 260

3--147

PL

Niniejsza monografia dotyczy modelowania konstytutywnego korowej tkanki kostnej oraz dwóch materiałów poliuretanowych. Przez modelowanie konstytutywne należy tutaj rozumieć formułowanie, dla danego materiału, równania definiującego zależność między naprężeniem a odkształceniem. Nieliniowy lepkosprężysty model konstytutywny wspomnianych materiałów tworzony był na podstawie zapostulowanej lub dobranej funkcji energii odkształcenia. Stałe materiałowe, występujące w modelu, zostały zidentyfikowane w oparciu o wyniki testów relaksacji i testów monotonicznego ściskania przeprowadzonych z trzema prędkościami deformacji. Należy podkreślić, że liczba czasów relaksacji nie została z góry narzucona. Liczba czasów relaksacji, jak również ich wartości, zostały określone na podstawie testów relaksacji. Testy monotonicznego ściskania obejmowały fazę obciążania i odciążania. Sformułowany model konstytutywny uwzględniał więc również inną cechę materiałów lepko sprężystych, tj. pętlę histerezy. Wyprowadzone równania konstytutywne zostały zastosowane w prostych symulacjach numerycznych wykonanych za pomocą metody elementów skończonych z wykorzystaniem komercyjnego systemu Abaqus®. W analizach tych zasymulowano różne warianty obciążenia, tj. ściskanie, rozciąganie, obciążenie cykliczne. W pracy przedstawiono także zaawansowaną symulację numeryczną implantowanego segmentu kręgosłupa lędźwiowego. Model numeryczny segmentu obejmował, oprócz dwóch kręgów lędźwiowych, endoprotezę krążka międzykręgowego składającą się z dwóch metalowych płytek i poliuretanowej wkładki. Ten ostatni element endoprotezy został zamodelowany za pomocą jednego z sformułowanych równań konstytutywnych dla materiału poliuretanowego.

EN

The monograph deals with constitutive modelling of cortical bone tissue and two polyurethane materials. The term „constitutive modelling” denotes formulation of an equation relating stress and strain. Non-linear visco-elastic constitutive models of the mentioned materials were formulated on the basis of the postulated or selected strain energy function. The material constants were identified on the basis of relaxation tests and monotonic compression tests performed at three strain rates. It has to be emphasized that the number of relaxation times was not assumed a priori. It was determined, together with the values of the relaxation times, on the basis of relaxation tests. The monotonic compression tests comprised the phase of loading and that of unloading. The constitutive laws are, then, able to describe another viscoelastic property, i.e. hysteresis loop. The formulated constitutive models were implemented into the finite element method system Abaqus®, which was utilised to perform some simple numerical simulations. In the monograph, an advanced numerical simulation of the implanted lumbar segment was also presented. The numerical model of the segment comprised, apart from the vertebrae, the three-element prosthesis of an intervertebral disc. One of the prosthesis elements, i.e. the polyurethane inlay, was simulated by means of the constitutive model derived for one of the polyurethane materials.