【摘 要】
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目前,智能路面是各种信息、技术和功能的集合。自感知、自修复、自俘能是智能路面的重要内涵。智能沥青路面为实现自感知功能需要在路面内埋设感知器件以获得和传输路面结构与材料在全寿命周期下的各种性能演化信息。但是沥青路面在施工过程中的高温、振动环境以及感知器件与道路结构在材料特性等方面存在显著差异会导致感知器件在使用过程中存活能力以及采集数据的准确性与可靠性难以保障。因此有必要对感知器件提出一些性能要求从
【基金项目】
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国家重点研发计划(2018YFB1600200)
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目前,智能路面是各种信息、技术和功能的集合。自感知、自修复、自俘能是智能路面的重要内涵。智能沥青路面为实现自感知功能需要在路面内埋设感知器件以获得和传输路面结构与材料在全寿命周期下的各种性能演化信息。但是沥青路面在施工过程中的高温、振动环境以及感知器件与道路结构在材料特性等方面存在显著差异会导致感知器件在使用过程中存活能力以及采集数据的准确性与可靠性难以保障。因此有必要对感知器件提出一些性能要求从而筛选出满足智能路面技术要求的感知器件。本文采用细观有限元方法对感知器件不同使用阶段进行仿真模拟,基于仿真模拟结果对感知器件提出要求。本文首先建立一种基于随机算法生成二维沥青混合料细观结构的方法,然后基于感知器件感应原理和基本构造对感知器件进行模型化。应变感知器件在施工阶段成活率低说明其性能评价方法并不完善。因此基于二维细观沥青混合料的生成算法建立感知器件施工性能分析模型。根据模拟结果,提出评价感知器件施工耐受性能的四个指标:耐高温指标、抗压指标、抗轴向最大变形指标和抗拉拔指标,并给出容许取值范围。感知器件开始服役后主要面临测量有效性的问题。对于应变感知器件,建立二维细观四点弯梁模型。小梁模型内感知器件附近会产生应力集中,受拉区应变会减少。而且应变感知器件的测量有效性并不理想。对于压力感知器件,建立20cm×20cm受压模型。模拟发现受压状态下混合料内存在明显的应力路径。敏感面直径2cm的压力感知器件测量有效性不合格。对于温度感知器件,建立了10cm×10cm试件温度分析模型以及路面结构温度分析模型。通过模拟分析了沥青混合料的传热机理、温度感知器件对路面温度场的影响。温度感知器件过长,会对感知器件上方混合料温度产生过大影响。基于以上分析,提出评价应变感知器件测量有效性的指标为封装模量E、应变量长度1、翼缘长度2;评价压力感知器件测量有效性的指标为敏感面的直径d;评价温度感知器件测量有效性的指标为感知器件长度L。为评价应变感知器件的施工耐受性,依据四个指标,分别设计耐高温试验、抗压试验、抗最大轴向变形试验、抗拉拔试验,结合规范给出的主要性能检测方法,形成应变感知器件施工耐受性能评价方法。(0.45GPa 90mm 20mm)的应变感知器件埋入AC-25小梁后测量准确性较好。压力感知器件敏感面最小直径(974)8)4))取6cm。温度感知器件长度处于2.5cm-5cm时测量有效性较好。依据感知器件施工耐受性和测量有效性评价方法可以筛选出更加满足智能路面技术要求的感知器件。
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