مدل‌سازی اجزاء‌محدود حرکت تایر بر روی بستر آسفالت هوشمند و بررسی اثر بازیابی آسیب (ترمیم)

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه تهران، تهران، ایران

2 استادیار دانشکده مهندسی مکانیک دانشگاه تهران

3 محقق پسادکتری، دانشکده مهندسی مکانیک دانشگاه تهران

4 دانشگاه صنعتی شریف

چکیده

خرابی‌ در بسترهای آسفالتی یکی از بزرگ‌ترین مشکلات راه‌سازی می‌باشد که سالانه مبالغ فراوانی صرف بازسازی آن‌ها می‌شود. فرآیند ترمیم جهت بازیابی آسیب یکی از روش‌های مؤثر بمنظور افزایش عمر این بسترها می‌باشد که اخیرا توسط محققین ارائه شده است. لذا در این پژوهش با در نظر گرفتن یک مدل سازگار ترمودینامیکی، رفتار مکانیکی بستر آسفالت خودترمیم حین حرکت وسیله نقلیه در نرم‌افزار اجزاء‌محدود بررسی شده است. به همین جهت مدل ساختاری مذکور به فرم صریح گسسته‌سازی زمانی شده و در غالب زیرروال VUMAT در نرم‌افزار ABAQUS مورد استفاده قرار گرفته شده است. در این شبیه‌سازی عمر بستر آسفالت با در نظر گرفتن اثر ترمیم و بدون آن مقایسه می‌گردد. نتایج بدست‌آمده از شبیه‌سازی‌های انجام گرفته نشان می‌دهد که با اعمال اثر ترمیم سرعت رشد آسیب و خرابی ناشی از تغییرشکل دائمی بستر کاهش پیدا کرده و می‌توان عمر بستر را تا بیش از 70 % افزایش داد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Finite element modeling of tire movement on a smart asphalt pavement and investigation of damage recovery (healing) effect

نویسندگان [English]

  • roozbeh eghbalpoor 1
  • Mostafa Baghani 2
  • hamid shahsavari 3
  • mohammad shojaeifard 1
  • Saeed Sohrabpour 4
1 School of Mechanical Engineering, College of Engineering, University of Tehran, Tehran, Iran
2 Assistant professor, School of Mechanical Engineering, University of Tehran
3 School of Mechanical Engineering, College of Engineering, University of Tehran, Tehran, Iran
4 Sharif university of technology
چکیده [English]

The destruction of asphalt pavements is one of the biggest problems in road construction in the world, which is a huge amount of annual rebuilding. The healing process to recover damage is one of the effective methods to extend the life of these pavements, which has been presented by researchers in recent years. Self-healing polymers are a class of smart materials that, without the need for external stimulation, can repair part of the damage generated as microcracks and microvoids in their microstructures. Along with the purpose of the study, the effect of healing in the lifetime of asphalt pavements, the explicit time-discrete form of the thermodynamically consistent model is presented in order to utilize in a finite element ABAQUS software by VUMAT subroutine. The discretization method mentioned here has benefits such as low calculation costs and good reliability in response. Then, three-dimensional modeling of general vehicles’ tire has done using a hyperelastic and viscoelastic material in order to have the desired deformation on the pavement after applying the load. In the following, to evaluate permanent deformations (common failures in the asphalt pavement) and the effect of the healing process on its dilation, it is necessary to simulate its behavior in high-cycle loadings. In order to reduce the cost and time of computation, an alternative method has been used. In this method, in order to speed the growth of damage and also healing effect, tire moving velocity has decreased; This will increase the time of loading on asphalt, so the rate of damage increase. In this simulations, the life of the asphalt pavement is compared with the effect of healing and without the effect. The results obtained from the simulations show that, by applying the effect of healing, the growth rate of damage and destructions caused by the permanent deformation of the pavement decreases and the pavement lifetime can be increased up to more than 70%.

کلیدواژه‌ها [English]

  • asphalt pavement
  • healing effect
  • Damage
  • explicit time-discretization
  • finite element modeling