The semi-circular bend (SCB) test has been frequently utilised due to its straightforward sample preparation, ease of test execution and applicability to studies of asphalt crack resistance. Further, the eXtended Finite Element Method (XFEM) is particularly well suited to the modelling of discontinuous features such as inclusions and cracks. In this regard, an XFEM model of the SCB test is developed herein to model crack propagation and the results are compared to laboratory SCB testing of unmodified and polymer modified asphalts. To capture the time dependant viscoelastic properties of asphalt within the XFEM model, a fractional viscoelastic element is successfully used in place of traditional springs and dashpots. Inter-conversion between creep and relaxation is accomplished by use of fractional calculus, and is validated by comparison with laboratory results where higher stiffness and enhanced elasticity are observed with increasing polymer content. The results presented in this paper demonstrate the truly promising opportunities offered by the XFEM in conjunction with a fractional calculus framework for modelling cracking in asphalt efficiently

چکیده

آزمون خمش نیم دایره ای (SCB) به دلیل آماده سازی سرراست نمونه، سهولت اجرای آزمون و انطباق با مطالعات مقاومت ترک خوردگی آسفالت بارها مورد استفاده قرار گرفته است. علاوه بر این، روش توسعه یافته المان های محدود (XFEM) به ویژه به منظور مدلسازی ویژگی های گسسته­ همانند ناخالصی ها و ترک ها به خوبی بررسی شده است. در این راستا، یک مدل XFEM مربوط به آزمون SCB در اینجا برای مدل کردن انتشار ترک توسعه یافته­ است و نتایج با آزمون آزمایشگاهی SCB آسفالت های اصلاح نشده و اصلاح شده با پلیمر­ مقایسه شده است. برای گرفتن ویژگی های ویسکوالاستیک (چسبندگی ارتجاعی) وابسته به زمان آسفالت در مدل XFEM، یک عنصر ویسکوالاستیک کسری با موفقیت در محل فنرها و میراگرها استفاده شده است. تبدیل درونی بین خزش و آرامش با استفاده از محاسبات جزء به جزء انجام شده است، و از طریق مقایسه با نتایج آزمایشگاهی که در آن سختی بالاتر و کشسانی بیشتر با افزایش یافتن محتوای پلیمری مشاهده شده اند اعتبار یافته است. نتایج ارائه شده در این مقاله بیانگر فرصت های واقعأ امیدوارکننده ای است که بوسیله XFEM در ارتباط با چهارچوب محاسبات جزء به جزء برای مدلسازی ترک خوردگی در آسفالت به نحو احسن پیشنهاد می­ شود.

1-مقدمه

ترک خوردگی روسازی آسفالت یک مکانیسم خرابی قابل توجه برای مهندسیین روسازی که باید با آن مقابله کنند، زیرا بر کیفیت رانندگی و ماندگاری درازمدت روسازی اثر می گذارد. به ویژه اگر ترک ها در لایه های زیرین لایه چسباننده به وجود آیند، هزینه های تعمیر ساختار آسفالت زیاد خواهد بود. بنابراین، شناخت دقیق چسباننده و ویژگی های ترکیبی و اثراتشان بر ترک خوردگی حین طراحی روسازی، همراه با تحلیل های پیچیده تر ماهیت وابسته به دما و زمان آسفالت ضروری است...