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研究生:劉得成
研究生(外文):TE-CHEN LIU
論文名稱:模擬瀝青混凝土疲勞裂縫之成長
指導教授:陳建旭陳建旭引用關係
指導教授(外文):Jian-shiuh Chen
學位類別:碩士
校院名稱:國立成功大學
系所名稱:土木工程學系碩博士班
學門:工程學門
學類:土木工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2004
畢業學年度:92
語文別:中文
論文頁數:95
中文關鍵詞:電腦模擬Paris- Law瀝青混凝土疲勞裂縫鋪面
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  瀝青混凝土鋪面損壞一般可分成破壞、變形及分離三大類,主要以疲勞裂縫及永久變形(車轍)兩種形式呈現。台灣鋪面在加鋪完成後,由於重車超載,加上材料老化及環境影響,使得鋪面強度喪失,2至3年內即發生鋪面龜裂現象,而目前並無適當方法評估鋪面疲勞壽命。
  在金屬材料領域,以實驗的方式,配合破壞力學理論及機率與統計等分析方法,已被廣泛應用於評估疲勞裂縫成長行為,本研究利用金屬材料疲勞破壞之研究成果,建立瀝青混凝土疲勞裂縫成長模式,以評估鋪面績效,經實驗數據印證結果為可行。
  對於疲勞壽命之預測相關研究多以應力強度因子之多項式進行數值積分評估,此方式需先求出裂紋起始長度,裂縫破壞長度,及應力強度因子和裂縫長度關係,且精確度與項數多寡有關,項數愈多預測結果愈準,但積分計算愈困難。經四種不同鋪面厚度疲勞壽命模式模擬結果,本研究所建立之模式在預測疲勞壽命較傳統以Paris Law數值積分來得準確。
  本研究進行等振幅荷重軸重當量因子模擬結果顯示,疲勞壽命隨荷重(或胎壓)之增加而減少;且隨鋪面厚度之增加軸重當量因子有降低的趨勢。另疲勞壽命亦隨起始凹痕長度之增加而減少,尤其在高荷重下加上凹痕效應鋪面之軸重當量因子極速增加。
  當荷重為隨機時經模擬結果,疲勞壽命之變異係數隨起始凹痕長度增加而增加,表示疲勞壽命分散程度受凹痕長度之影響甚鉅,在進行鋪面設計時對於起始裂縫之控制應特別注意。另起始凹痕長度越小,疲勞壽命愈趨近於常態分佈;隨起始凹痕長度之增加疲勞壽命分佈會有右偏不對稱的現象。
摘要............................................Ⅰ
誌謝............................................Ⅱ
目錄............................................Ⅲ
表目錄..........................................Ⅵ
圖目錄..........................................Ⅷ

第一章 緒論......................................1
1-1前言..........................................1
1-2研究動機......................................3
1-3研究目的......................................4

第二章 文獻回顧..................................5
2-1 瀝青混凝土疲勞裂縫之種類.....................5
2-1-1由下而上(bottom-up)破壞模式.................5
2-1-2由上而下(top-down)破壞模式..................7
2-2 破壞力學應用於疲勞裂縫分析...................8
2-2-1裂縫破壞模式................................8
2-2-2應力強度因子................................9
2-3 Paris Law在瀝青混凝土之應用分析.............12
2-4 瀝青混凝土疲勞壽命之評估....................21
2-5 疲勞裂縫之統計分析..........................22

第三章 研究方法.................................24
3-1 研究流程....................................24
3-2 機率分佈函數................................26
3-2-1常態分佈函數...............................26
3-2-2對數常態分佈函數...........................27
3-2-3韋伯分佈函數...............................27
3-2-4瑞利分佈函數...............................28
3-3 常態機率圖(normal probability plots )檢定...29
3-4 蒙地卡羅模擬法..............................29
3-5 電腦模擬之理論背景..........................31
3-5-1裂縫穩定成長統計描述模式...................31
3-5-2裂縫不穩定成長統計描述模式.................32
3-5-3疲勞裂縫成長控制模式.......................34
3-6 疲勞裂縫成長方向............................38
3-6-1裂縫成長方向的機率概念.....................38
3-6-2裂縫成長方向決定方法.......................40
3-7材料係數之選定...............................41
3-8裂縫成長模擬流程.............................42
3-8-1模擬之假設與限制...........................42
3-8-2模擬之流程.................................44
3-8-3模擬結果之統計分析.........................46

第四章 疲勞列裂縫參數之分析.....................48
4-1 材料性質和試驗程序..........................48
4-2 疲勞裂縫成長分析............................51
4-2-1疲勞試驗...................................51
4-2-2裂縫長度與循環次數關係.....................52
4-2-3應力強度因子與裂縫長度關係.................54
4-2-4裂縫成長速率與應力強度因子關係係...........59
4-3 Paris Law參數分析...........................59

第五章 疲勞裂縫成長模擬.........................65
5-1 參數校估....................................65
5-1-1裂縫成長方向模擬...........................65
5-1-2疲勞壽命與裂縫成長曲線校估.................67
5-1-3參數校估結果...............................76
5-2 模式驗證....................................76
5-3 模式應用....................................79
5-3-1 等振幅荷重軸重當量因子(LEF)分析...........79
5-3-2隨機荷重分析...............................83

第六章 結論與建議...............................88
6-1結論.........................................88
6-2建議.........................................90

參考文獻........................................91
自述............................................95
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