بررسی رفتار مکانیکی مخلوط های آسفالتی با روش اجزای محدود

امروزه در محافل علمی، استفاده از روش اجزای محدود برای ارزیابی پاسخ های روسازی در شرایط گوناگون، با توجه به ظرفیت بالای رایانه های موجود، توجه بسیاری به خود جلب نموده است. این روش، قادر است ویژگی های هندسی، خواص رفتاری مواد، وضعیت بارگذاری و خصوصیات مرزی لایه آسفالتی را با دقتی بسیار بالا و نزدیک به شرایط واقعی، در نظر بگیرد. شبیه سازی مخلوط آسفالتی، در یک مقیاس ریزجزء، به طرزی که بتوان هر یک از اجزای مخلوط را به تفکیک لحاظ نمود، سبب می گردد تا دید دقیق تری در زمینه رفتار روسازی انعطاف پذیر به دست آید. به این ترتیب، و با محاسبه مقادیر تنش، کرنش و جابه جایی در هر نقطه از مخلوط آسفالتی، پیش بینی خرابی های جزیی و کلی محتمل، در روسازی، امکان پذیرتر خواهد بود. هم چنین، فهم بهتر از عملکرد اجزای مخلوط آسفالتی و محاسبه دقیق تر پاسخ های روسازی، می تواند منجر به ارائه طرح اختلاط هایی با عملکرد بهتر و عمر بیشتر گردد. از این رو، شبیه سازی مکانیکی مخلوط های آسفالتی، امروزه شایان توجه است. علی رغم اهمیت این موضوع، تا کنون مطالعات معدودی در زمینه شبیه سازی مکانیکی مخلوط های آسفالتی در مقیاس ریزجزء صورت گرفته است. شبیه سازی ساختار و رفتار پیچیده مخلوط های آسفالتی، در ابتدای راه قرار دارد و پاسخ های به دست آمده از مطالعات گذشته، هنوز مستقل از آزمایش ها و روش های تجربی، مورد اعتماد نیستند. از این رو، ضرورت انجام پژوهش بیشتر در این زمینه و بررسی صحت آن، با استفاده از معیار مطالعات گذشته و داده های تجربی احساس می شود. در مطالعه حاضر، با بهره گیری از روش اجزای محدود، ساختار و رفتار چند نوع مخلوط آسفالتی، شبیه سازی گردیده است؛ به ویژه، یک روش ابداعی، معرفی شده است که پیچیدگی های هندسی و انواع دانه بندی های مخلوط های آسفالتی را می تواند لحاظ نماید. این روش شبیه سازی هندسی، با استفاده از مفاهیم دینامیک مولکولی و ریاضی و به کمک برنامه نویسی پایتون در نرم افزار آباکوس انجام می گیرد. اثر انواع دانه بندی، در پاسخ های روسازی انعطاف پذیر، مورد مطالعه قرار گرفت. به این ترتیب، انواع مخلوط های آسفالتی، نظیر بتن آسفالتی معمولی، آسفالت متخلخل، آسفالت با استخوان بندی سنگدانه ای و آسفالت متخلخل درشت دانه، شبیه سازی شده و پاسخ های آنها در شرایط مختلف بارگذاری و مرزی و با در نظر گرفتن انواع رفتار ویسکوالاستیک جزء ماستیک در دماهای مختلف، استخراج گردید. اثر سرعت بارگذاری، چرخ آزاد و محرک و هم چنین وضعیت بستر خاکی، در جابه جایی عمودی و افقی سطح لایه آسفالتی، برای انواع نمونه ها بررسی شده است. هم چنین، نواحی بحرانی در برخی مخلوط های آسفالتی برای جزء ماستیک مشخص شده است و وضعیت تنش در آنها مورد محاسبه و ارزیابی قرار گرفته است. به علاوه، سعی گردیده است با توجه به پاسخ های مکانیکی مخلوط آسفالتی، عملکرد آن در برابر خستگی و برخی خرابی ها، مورد ارزیابی قرار گیرد. مقادیر مربوط به پاسخ های مکانیکی برای انواع مخلوط های آسفالتی، و در شرایط مختلف، در قالب نمودارها و جداول گوناگون ارائه شده است.