پديد آورنده :
قدياني نژاد رزكي، فرزانه
عنوان :
شبيه سازي ديناميكي آزمون افت و خيز سنج ضربه اي
مقطع تحصيلي :
كارشناسي ارشد
محل تحصيل :
اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان
صفحه شمار :
هفت، 105ص. : مصور، جدول، نمودار
توصيفگر ها :
افت و خيز سنج ضربه اي , روسازي آسفالتي , ويسكوالاستيسيته , تحليل غيرخطي , ناهمسانگردي متقاطع , مدل سازي المان محدود , تحليل ديناميكي
تاريخ ورود اطلاعات :
1402/04/17
رشته تحصيلي :
مهندسي عمران
تاريخ ويرايش اطلاعات :
1402/04/17
چكيده فارسي :
بررسي وضعيت سازه اي روسازي از مهم ترين بخش هاي مطالعات بهسازي راه ها محسوب مي شود. مهم ترين بخش در ارزيابي سازه اي روسازي، انجام آزمايش هايي با هدف شناسايي شرايط واقعي لايه هاي مختلف روسازي به منظور اولويت بندي انجام ترميم مي باشد. آزمايش افت و خيز سنج ضربه اي (FWD) يك روش آزمون غيرمخرب متداول براي ارزيابي درجاي شرايط روسازي است. خيز سطحي اندازه گيري شده تحت آزمون FWD براي برآورد ظرفيت سازه اي سيستم روسازي و محاسبه معكوس مدول لايه هاي آن استفاده مي شود. بنابراين، براي تحليل نتايج آزمايش FWD، مدل هاي مكانيكي دقيق با در نظر گرفتن ارتباط ميان بارگذاري، محيط پيراموني و سازه روسازي مورد نياز است. از هدف هاي اين پژوهش ساخت و توسعه مدل هاي المان محدودي است كه مي تواند بارگذاري آزمايش FWD را بر روي سازه روسازي شبيه سازي كند و در همين حال شرايط مرزي و پيچيدگيِ ويژگي ها و رفتار مصالح را در قالب مدل هاي ساختاري مربوطه در نظر بگيرد. در اين پژوهش يك مدل المان محدود براي شبيه سازي ديناميكي پاسخ هاي روسازي انعطاف پذير تحت آزمون FWD در نرم افزار جامع المان محدود آباكوس توسعه داده شد. با توجه به وجود برخي خواص هم چون خاصيت غيرخطي بودن مصالح غيرآسفالتي، يك برنامه تحت عنوان سابروتين UMAT با زبان برنامه نويسي فرترن كدنويسي شد تا پاسخ هاي روسازي با در نظر گرفتن خواص مورد نظر در برنامه آباكوس مورد محاسبه قرار بگيرد. سپس مدل ساخته شده با استفاده از داده هاي ميداني از مطالعات ديگر محققين مورد صحت سنجي واقع شد. ضمن ارائه توضيحات در مورد انتخاب پارامترهاي
نامشخص در تحليل، ميزان اهميت و تأثير تعدادي از عوامل و شرايط شامل تحليل ديناميكي، خاصيت ويسكوالاستيسيته آسفالت، خاصيت ناهمسانگرد بودن مصالح سنگدانه اي، خاصيت غيرخطي بودن مدول برجهندگي در مصالح لايه هاي غيرآسفالتي و حضور و عمق قرارگيري سنگِ بستر در تحليلِ نتايج پاسخ هاي روسازي انعطاف پذير مورد ارزيابي قرار گرفت. با توجه به نتايج، رويكرد تحليل ديناميكي مطابقت مناسب تري با پاسخ هاي به دست آمده از آزمايش FWD نسبت به تحليل استاتيكي داشته و فرض خاصيت ويسكوالاستيك براي لايه آسفالتي عملكرد بهتري را در پيش بيني پاسخ ها نسبت به تحليل در حالت الاستيك از خود نشان داده است. از سوي ديگر فرض خاصيت ناهمسانگرد متقاطع، پاسخ هاي افت و خيز روسازي را نسبت به تحليل در حالت همسانگرد تا 15%، با افزايش رو به رو كرد. هم چنين فرض خاصيت غيرخطي بودن مدول برجهندگي براي لايه هاي غيرآسفالتي پاسخ هاي روسازي را در مقايسه با حالت خطي دچار اختلاف نمود؛ به گونه اي كه فرض لايه اساس به عنوان مصالح غيرخطي و ناهمسانگرد متقاطع تا 37% منجر به كاهش افت و خيز سطح روسازي در مقايسه با اساس خطي و همسانگرد شد. اين مقدار در بررسي انجام شده براي بستر روسازي تا 5 / 3 % كاهش را نشان داد. گفتني است افزايش دما تأثير عوامل مذكور را بيشتر نمود. اگرچه نتايج به دست آمده از تحليل پارامتريك بر اساس مصالح مورد نظر متنوع است، اما اين نتايج مي تواند اهميت عوامل بررسي شده را در امر شبيه سازي ديناميكي پاسخ هاي روسازي انعطاف پذير تحت بارگذاري FWD مشخص نموده و در بررسي عملكرد نرم افزارهاي محاسبه
معكوس دستگاه هاي FWD مورد توجه قرار گيرد. بيان مي شود كه در اين پژوهش مدل سازي روسازي انعطاف پذير تحت بار FWD، با دقت بالايي متناسب با شرايط محيطي و پيچيدگي خواص مصالح روسازي، انجام شده و نتايج تحليل قابل اعتمادتر خواهد بود. هم چنين تحليل ديناميكي صورت گرفته امكان دسترسي سريع و آسان به بررسي دقيق رفتار و عملكرد لايه ها در هر المان از سازه روسازي را در طول زمان بارگذاري و پس از آن (با توجه به ويژگي ويسكوالاستيك لايه آسفالتي) فراهم مي آورد.
چكيده انگليسي :
Investigating the structural condition of pavement is one of the most important parts of road improvement studies. The most important part in the structural evaluation of the pavement is to perform tests with the aim of identifying the actual condition of the different pavement layers in order to prioritize the restoration. Falling Weight Deflectometer (FWD) is the common non-destructive testing method for in-situ evaluation of pavement condition. The surface deflection measured under the FWD test is used to calculate the structural capacity of the pavement system and back-calculation of its layers moduli. Therefore, accurate mechanical models considering the relationship between loading, environment and pavement structure are needed to analyze FWD test results. The objective of this study is to develop finite element (FE) models that can simulate FWD loading on pavement structure and considering the boundary condition, layer interface and the complexity in material properties in the form of relevant structural models. In this research, a finite element model was developed for the dynamic simulation of flexible pavement responses under the FWD test in general-purpose finite element software ABAQUS. Due to the existence of some properties such as nonlinearity of unbound materials, a user material subroutine (UMAT) was coded with the Fortran programming language to calculate the responses of the pavement considering the desired properties in the ABAQUS. Then the model was validated using field data from other studies. While providing explanations about the selection of uncertain parameters in the analysis, the importance and influence of a number of factors and conditions such as dynamic analysis, asphalt layer viscoelasticity, cross-anisotropic of granular material, nonlinearity of unbound materials and the presence and depth to bedrock, were evaluated in the analysis of the flexible pavement responses. According to the results, the dynamic analysis approach has a better match with the responses obtained from the FWD measurements compared to the static analysis and the assumption of viscoelasticity for the asphalt layer has shown a better performance in predicting the responses than the analysis in the elastic state. On the other hand, the assumption of the cross-anisotropic increased the pavement deflections up to 15% compared to the analysis in the isotropic mode. Also, the assumption of the nonlinearity of unbound materials made the pavement responses different compared to the linear state. In such a way that the assumption of the base layer as a cross-anisotropic and nonlinear material led to a 37% reduction in pavement surface deflections compared to assumption of a linear and isotropic base. This value showed a decrease of up to 3.5% in the investigation carried out for the subgrade. It should be noted that the increase in temperature will increase the effect of the mentioned factors. Although the parametric analysis findings vary depending on the desired materials, but it can determine the importance of the evaluated factors in the dynamic simulation of flexible pavement responses under FWD loading and be taken into account in performance evaluation of back-calculation software for FWD devices. In this research, the modeling of flexible pavement under FWD loading was done with high accuracy according to the environmental conditions and the complexity of pavement material properties, and the analysis results will be more reliable. Also, the dynamic analysis that has been done provides the possibility of quick and easy access to the detailed investigation of the behavior and performance of the layers in each element of the pavement structure during the loading time and after (according to the viscoelastic properties of the asphalt layer).
استاد راهنما :
محمدرضا خان محمدي , مهدي نسيمي فر
استاد داور :
مهدي ابطحي فروشاني , پوريا حاجي كريمي