(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202211125114.X (22)申请日 2022.09.13 (71)申请人 大连海事大学 地址 116026 辽宁省大连市高新园区凌海 路1号 (72)发明人 郭乃胜　房辰泽　褚召阳　崔世超　 (74)专利代理 机构 大连东方专利代理有限责任 公司 21212 专利代理师 赵淑梅　李馨 (51)Int.Cl. G06F 30/20(2020.01) G06F 119/04(2020.01) G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 一种耦合加载次序和荷载交互作用的两级 加载下沥青非线性 疲劳损伤累积预测方法 (57)摘要 本发明涉及到道路工程领域， 具体涉及到一 种耦合加载次序和荷载交互作用的两级加载下 沥青非线性疲劳损伤累积预测方法法。 该方法包 括以下步骤： 1)开展沥青的恒幅加载疲劳试验； 2)沥青的疲劳损伤表征； 3)确定恒幅加载下的沥 青疲劳损伤模型； 4)开展沥青的变幅加载疲 劳试 验； 5)建立考虑加载次序影 响的沥青非线性疲劳 损伤累积 模型； 6)建立耦 合加载次序和荷载交互 作用影响的沥青非线性疲 劳损伤累积模型； 7)确 定加载次序因子； 8)确定荷载交互作用因子。 本 发明较为准确模拟实际服役工况下沥青路面的 疲劳损伤过程， 表征加载次序和荷载交互作用的 耦合影响下的非线性疲劳损伤累积， 有良好的经 济性和可操作性。 权利要求书2页 说明书7页 附图3页 CN 115510633 A 2022.12.23 CN 115510633 A 1.一种耦合加载次序和荷载交互作用的两级加载下沥青非线性疲劳损伤累积预测方 法， 其特征在于： 所述预测方法包括以下步骤： 步骤一： 开展沥青的疲劳试验 1)开展沥青的恒幅加载疲劳试验 将恒定荷载幅值 分别设置为高荷载幅值σhigh和低荷载幅值σlow， 对沥青试件施加正弦循 环剪荷载至疲劳破坏； 2)开展沥青的变幅加载疲劳试验 选择低‑高和高‑低两种加载次序， 分别进行变幅加载疲 劳试验， 采用一级荷载幅值σ1对 试件进行N1次的一级加载， 然后采用二级荷载幅值σ2进行N2次的二级加载至疲劳破坏； 步骤二： 确定恒幅加载 下的沥青疲劳损伤模型 1)沥青的疲劳损伤 表征 将恒幅加载疲劳试验的数据代入式(1)， 确定整个试样体积内的耗散伪应 变能DPSEc， 式中， tN为加载结束时刻； V为试样体积； t0为初始时刻； ω为角速度； t0为初始时刻； τ (t0,r)为t0时刻、 r半径处的剪切应力； γR(t， r)单个 循环内t时刻、 r半径处的伪应 变， 沥青的疲劳裂纹主要由DPSEc的累积引起， 采用第N个与第Nf个循环的DPSEc之比， 表征 沥青的疲劳损伤， 如式(2)所示， 式中： DPSEc,N和DPSEc,Nf分别为第N个与第Nf个循环的DPSEc； Nf为疲劳寿命； 2)确定恒幅加载 下的沥青疲劳损伤模型 选择Chaboche损伤模型， 表征恒幅加载 下沥青疲劳损伤的演化 规律， 如式(3)所示， D＝1‑[1‑(N/Nf)1/(1‑α )]1/(1+β )          (3) 式中： D为沥青损伤变量； N为荷载循环次数； β 是依赖于温度的模型参数； α为依赖于温 度和荷载幅值的模型参数； 步骤三： 耦合加载次序和荷载交 互作用的沥青非线性 疲劳损伤累积模型 1)建立考虑加载次序影响的沥青非线性 疲劳损伤累积模型 当仅考虑加载次序 对沥青疲劳损伤累积的影响时， 基于损伤等效准则， σ1作用N1次产生 的疲劳损伤累积路径AP1， 等效为σ2作用N2’次产生的疲劳损伤累积路径AP1 ’， 且N2’+N2＝ Nf2， 如式(4)所示， D( σ1,N1/Nf1)＝D( σ2,N’2/Nf2)         (4) 将式(3)代入式(4)， 得到仅考虑加载次序影响的沥青非线性疲劳损伤累积模型， 如式 (5)所示， 式中： α1和Nf1分别为荷载幅值为σ1时恒幅加载疲劳试验对应 的参数α和疲劳寿命Nf； α2 和Nf2分别为荷载幅值为σ2时恒幅加载疲劳试验对应的参数α和疲劳寿命Nf； N1/Nf1和N2/Nf2权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115510633 A 2分别为一级加载寿命分数和二级加载寿命分数； γ 为加载次序因子， γ ＝(1‑α2)/(1‑α1)， 反 映了沥青疲劳损伤累积对加载次序的依赖性； 2)建立耦合加载次序和荷载交 互作用影响的沥青非线性 疲劳损伤累积模型 当同时考虑加 载次序和荷载交互作用对沥青疲劳损伤累积的影响时， σ1作用N1次产生 的AP1， 等效为σ2作用N2”次产生的疲劳损伤累积路径 AP1”， 且N2”+N2＝Nf2， 如式(6)所示， D( σ1,N1/Nf1)＝D( σ2,N”2/Nf2)            (6) 通过引入荷载交互作用因子ω＝( σ1/σ2)λ， 描述荷载交互作用对损伤累积的影响， 假定 N2”/Nf2＝(N2’/Nf2)ω， 则有： D( σ1,N1/Nf)＝D( σ2,N”2/Nf2)＝D[σ2,(N’2/Nf2)ω]         (7) 将式(3)代入式(7)， 的得到耦合加载次序和荷载交互作用影响的沥青非线性疲劳损伤 累积模型， 如式(8)所示， 式中： κ为耦合了加载次序和荷载交互作用的非线性疲劳损伤累积因子， 数值上等于加 载次序因子γ和荷载交 互作用因子 ω的乘积， 即κ ＝γω； 3)确定加载次序因子 首先， 将高荷载幅值σhigh和低荷载幅值σlow对应的恒幅加载数据分别代入式(2)， 分别得 到σhigh和σlow对应的疲劳损伤曲线； 然后， 再用式(3)分别拟合这两条损伤曲线， 分别得到 σhigh和σlow对应的α参数， 即αhigh和αlow； 最后， 根据γ＝(1 ‑α2)/(1‑α1)， 计算加载次序因子 γ， 低‑高和高‑低加载次序的γ分别为(1 ‑αhigh)/(1‑αlow)和(1‑αlow)/(1‑αhigh)； 4)确定荷载交 互作用因子 首先， 采用式(8)分别拟合低 ‑高和高‑低加载次序时， 变幅加载疲劳试验的N1/Nf1‑N2/ Nf2曲线， 得到 不同加载次序下耦合了加载次序和荷载交互作用的非线性疲劳损伤累积因子 κ； 然后， 分别采用 κ(1 ‑αlow)/(1‑αhigh)和 κ(1‑αhigh)/(1‑αlow)， 计算低 ‑高和高‑低加载次序的 荷载交互作用因子 ω。 2.根据权利要求1所述的预测方法， 其特征在于， 当γ和ω均为1时， κ为1， 该模型无法 表征疲劳损伤累积的非线性， 则退化 为线性损伤累积模型。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115510633 A 3