(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 202211119703.7 (22)申请日 2022.09.14 (71)申请人 东南大学 地址 210018 江苏省南京市玄武区四牌楼 2 号 (72)发明人 张阳　齐浩男　马涛　陈葱琳　 徐光霁　 (74)专利代理 机构 南京经纬专利商标代理有限 公司 32200 专利代理师 徐尔东 (51)Int.Cl. G06F 30/23(2020.01) G06F 17/11(2006.01) G01N 3/62(2006.01) G06F 111/10(2020.01)G06F 119/08(2020.01) G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 基于四点弯曲疲劳试验应力应变粘弹性计 算方法 (57)摘要 本发明涉及一种基于四点弯曲疲劳试验应 力应变粘弹性计算方法， 该方法通过对沥青混合 料的控制应变加载四点弯曲疲劳试验进行 abaqus数值模拟， 经过粘弹性 分析步得到小梁跨 中梁底的挠度 ‑应变关系以及施加荷载 ‑跨中梁 底的应力关系， 实现了通过读取万能试验机测量 的小梁跨中梁底的挠度以及内夹具荷载， 从而输 出小梁跨中梁底的粘弹性应力应变， 相较于现有 的弹性计算方法更加准确， 对于小梁相关疲劳参 数的计算具有重要意 义。 权利要求书3页 说明书8页 附图4页 CN 115481552 A 2022.12.16 CN 115481552 A 1.一种基于四点弯曲疲劳试验应力应变粘弹性计算方法， 其特征在于： 具体包括以下 步骤： 步骤S1： 试验标定： 基于Prony级数形式的广 义maxwell本构模型， 进行沥青混合料的动 态模量试验， 通过试验标定沥青混合料Prony级数形式的粘弹性参数， 并确定粘弹性参数配 置的准确性； 步骤S2： 数值模拟： 基于步骤S1试验标定的粘弹性参数， 建立小梁模型， 以及基于小梁 模型的四点弯曲夹具模型， 采用abaqus有限元软件进行小梁四点弯曲数值模拟， 通过模拟 试验过程， 获取小梁在应变控制加载模式下的粘弹性应力应变， 即读取小梁跨中的应力、 应 变、 位移值以及四点弯曲夹具模型中 内夹具位置的接触荷载值； 步骤S3： 数据处理： 根据步骤S2中获取的若干位移控制数值分析， 得到不同位移控制加 载下的应力、 应变数据， 基于弹性的应变 ‑位移关系、 应力 ‑荷载线性关系， 将数据拟合得到 粘弹性的应 变、 应力计算方法。 2.根据权利要求1所述的基于四点弯曲疲劳试验应力应变粘弹性计算方法， 其特征在 于： 步骤S1试验标定的具体步骤为： 步骤S11， 基于Prony级数形式的广义maxwell本构模型， 进行沥青混合料的动态模量试 验， 获取动态模量主曲线和相位角主曲线； 步骤S12， 通过动态模量主曲线和相位角主曲线得到存储模量主曲线， 采用配置法通过 求解线性非齐次方程获取存 储模量和松弛模量之间的关系， 从而标定粘弹性 参数； 步骤S13： 基于存 储模量与松弛模量之间的关系， 验证标定粘弹性 参数的准确性。 3.根据权利要求2所述的基于四点弯曲疲劳试验应力应变粘弹性计算方法， 其特征在 于： 步骤S11中基于的maxwel l本构模型为 接着， 通过动态模量试验得到动态模量主曲线公式为 相位角主曲线为 公式(1)、 (2)以及(3)中， E(t)为松弛函数， E∞为长期模量， Ek为松弛模 量， m为max well模 型单元数， t为加载时间， ρk为松弛时间， |E*|为动态模量， fr为参考温度下的荷载频率， a、 b、 c、 δ、 α 、 β 、 γ、 ξ均为回归系数； 步骤S12中通过动态模量和相位角得到的存 储模量主曲线为 公式(4)中， E ′为存储模量， |E*|为动态模量， ω为加载角频率， 为相位角； 求解的线性非齐次方程 为 权　利　要　求　书 1/3 页 2 CN 115481552 A 2公式(5)中， E ′为存储模量， E∞为长期模量， ρk为松弛时间， ω为加载角频率， Ek为松弛模 量。 4.根据权利要求3所述的基于四点弯曲疲劳试验应力应变粘弹性计算方法， 其特征在 于： 将计算得到的松弛模量Ek代入公式(5)得到关于加载角频率的函数， 将此函数与公式 (4)的存储模量主曲线 进行对比， 若拟合度较高则说明粘弹性 参数配置准确。 5.根据权利要求4所述的基于四点弯曲疲劳试验应力应变粘弹性计算方法， 其特征在 于： 步骤S12中获取存 储模量主曲线的具体方法为： 步骤S121： 基于UTM万能试验机或AMPT试验机进行单轴压缩动态模量试验， 试验条件包 括至少三个温度指标以及四个频率指标； 步骤S122： 通过动态模量和相位角数值求出不同温度下各个加载频率下的存储模量， 即公式(4)， 设定一个参考 温度， 将不同温度的存储 ‑角频率曲线， 移动至参考温度的参考曲 线上， 最终 获取存储模量主曲线。 6.根据权利要求5所述的基于四点弯曲疲劳试验应力应变粘弹性计算方法， 其特征在 于： 步骤S121中， 动态模量和相位角数值的获取至少需要三个平行试件， 通过取平均值方式 获得， 且试验的误差值小于规定的范围， 否则应删除进行重新获取， 试验数据的限值 为 7.根据权利要求6所述的基于四点弯曲疲劳试验应力应变粘弹性计算方法， 其特征在 于： 步骤S2数值模拟的具体步骤为， 步骤S21： 基于步骤S1配置的粘弹性参数， 建立标准尺寸为380*63.5*50的小梁模型， 以 及基于小梁 模型建立23 *63.5*10的四点弯曲夹具模型； 步骤S22： 根据试验标定的粘弹性参数定义材料属性， 在力学 ‑弹性‑粘弹性中定义时间 域的Prony级数， 同时在基于W LF方程输入W LF时温转换因子得到不同温度的响应； 步骤S23： 根据定义的材料属性选取装配材料后选择粘弹性分析步， 选取几何非线性； 限定输出变量的时间步长小于或者等于1/10个周期， 设置输出的场变量为接触载荷、 位移、 应力与应 变； 步骤S24： 设置四点弯曲夹具模型中夹具与小梁的面与面法向以及切向接触条件； 步骤S25： 向小梁 模型施加荷载以及边界条件； 步骤S26： 对小梁 模型划分网格； 步骤S27： 分析输出结果， 读取小梁模型跨中的应力、 应变、 位移值以及四点弯曲夹具模 型中内夹具位置的接触荷载值。 8.根据权利要求7所述的基于四点弯曲疲劳试验应力应变粘弹性计算方法， 其特征在 于： 步骤S21中， 在小梁的两端分别设置四点弯曲夹具模型， 在小梁中间两个三等分点的位 置分别设置一个四点弯曲夹具模型； 步骤S22中， 基于的W LF方程为权　利　要　求　书 2/3 页 3 CN 115481552 A 3