Моделирование асфальтобетона методом дискретных элементов

Abstract

В статье для исследования композиционного материала, похожего по строению на асфальтобетон, рассмотрена математическая модель, которая явно учитывает наличие твердых частиц разных размеров и мягкого и пластичного связующего. Методом дискретных элементов в двумерной постановке исследовано разрушение асфальтобетонных образцов при одноосном сжатии, растяжении при расколе и сжатии по методу Маршалла. Численная модель учитывает наличие крупных частиц щебня, асфальтовой мастики, заполняющей поры в щебне, и липкой (способной восстанавливаться после разрыва) связи между частицами щебня. Силовое взаимодействие между различными компонентами асфальтобетона описано с помощью упругого отталкивания между частицами щебня, силы трения и силы, отвечающей за прилипание частиц, ввиду наличия вяжущего. Эта модель дает правильную, совпадающую с реальным экспериментом картину разрушения для одноосного сжатия, растяжения при расколе и сжатия по методу Маршалла. Именно правильная картина разрушения для трех различных схем нагружения материала позволяет оценить адекватность использованной математической модели. Установлены основные физико-механические характеристики вяжущего, которые определяют прочность и деформативность асфальтобетона. Показано, что для адекватного описания физико-механических характеристик асфальтобетона необходимо изучать и измерять свойства асфальтовяжущего – смеси битума и мелкодисперсного минерального наполнителя, определяющего параметры взаимодействия между частицами щебня. На основании выполненных авторами численных экспериментов можно предложить новые лабораторные методы испытаний смеси каменных материалов и органических связующих, которые намного более просты и, следовательно, дешевы, чем стандартные испытания асфальтобетона. Кроме того, эти испытания будут точнее предсказывать поведение асфальтобетона в реальных условиях.