بررسی اثر ترمیم در رفتار مکانیکی بستر آسفالت هوشمند و تغییرشکل دائمی ناشی از بارگذاری حرکتی بر روی آن در قالب تحلیل اجزاء محدود

پلیمرهای خودترمیم دسته‌ای از مواد هوشمند می‌باشند که بدلیل توانایی منحصر بفرد خود مورد توجه بسیاری از محققان قرار گرفته‌اند. این مواد دارای قابلیت ترمیم بخشی از آسیب وارد شده به آن‌ها بدون نیاز به شناسایی محل آسیب می‌باشند. جهت مطالعه رفتار این پلیمرها حین اعمال بارگذاری، یک مدل سازگار ترمودینامیکی برای پیش‌بینی پاسخ مکانیکی آن‌ها در نظر گرفته شده است. بدین منظور مدل ساختاری استفاده شده را به صورت ضمنی گسسته‌‍سازی زمانی کرده تا در قالب زیربرنامه umat در نرم‌افزار اجزا محدود abaqus مورد تحلیل قرار گیرد. دراین گسسته‌سازی از روش نیوتونرافسون برای بروز کردن متفیرهای داخلی مانند مولفه‌های کرنش ویسکوپلاستیک استفاده شده است. همچنین با توجه به واسنجی پارامترهای مادی مدل توسط نتایج آزمایشگاهی نمونه آسفالتی، به شبیه‌سازی حرکت وسیله نقلیه بر روی بستر مورد نظر پرداخته شده است. در این پژوهش ضمن ارائه توضیح نحوه تحلیل اجزاء محدود رفتار مکانیکی بستر آسفالت با استفاده از مدل ساختاری و گسسته‌سازی ضمنی آن، اعتبارسنجی آن با نتایج تجربی موجود نیز انجام گرفته است که این روش، خود راهکاری مناسب جهت اعمال بارگذاری‌های مختلف در قالب تحلیل اجزاء محدود و همچنین پیش‌بینی عمر بسترهای آسفالت خودترمیم می‌باشد. لذا در این پژوهش مقایسه‌ای میان شبیه‌سازی بدون اثرگذاری ترمیم و همچنین با اعمال ترمیم جهت مقایسه میزان آسیب و تغییرشکل‌های دائمی در بستر انجام گرفته است. از نتایج حاصل از تحلیل اجزاء محدود انجام گرفته می‌توان به نقش بسزای ترمیم در عمر بستر اشاره کرد که با اثرگذاری آن می‌توان تا 20% بازیابی آسیب را افزایش داد.

Study of healing effect on mechanical behavior of a smart asphalt pavement and permanent deformations due to a moving load in the framework of finite element analysis

Selfhealing polymers are a class of smart materials that have attracted many researchers due to their unique ability. These materials are able to heal part of the damage without the need to identify the site. In order to study the behavior of these polymers, a thermodynamically consistent model is proposed to predict the mechanical response. Along with this, the implicit timediscrete form of the constitutive model is presented in order to utilize in ABAQUS software by UMAT subroutine. In the discretization, the NewtonRaphson method has been used to update internal variables such as viscoplastic strain components. Considering the calibration of the material parameters by the experimental results of the asphalt sample, the movement of vehicle on the desired pavement has simulated. In this research, a detailed explanation of how to perform the finite element analysis of mechanical behavior of asphalt pavements is presented using constitutive model and its implicit discretization. In the following, its validation with existing experimental results is also carried out. Next, a comparison between the simulations is performed without and with healing effect. From the results of finite element analysis, the important role of healing in the life of the pavement can be noted, which can increase the recovery of damage up to 20%.