多因素耦合的沥青损伤密度-愈合指数主曲线构建方法

本发明涉及道路工程材料，尤其涉及多因素耦合的沥青损伤密度-愈合指数主曲线构建方法。

背景技术：

1、沥青路面因其优异的行驶舒适性、低噪声及施工便捷性而被广泛应用。但在长期车辆荷载和热氧环境作用下，路面材料会不可避免地产生疲劳损伤，微裂纹逐渐萌生、扩展，最终导致路面出现龟裂、坑槽等病害，严重影响道路的使用性能和耐久性。沥青作为一种黏弹性材料，具有自愈合特性，即在静置或适宜条件下，能够通过沥青粘结剂分子链段的迁移、扩散和重排，实现部分疲劳损伤的自我修复，从而延缓裂纹扩展，延长路面使用寿命。沥青粘结剂的愈合能力是决定沥青混合料整体愈合性能的关键，而该能力又受到温度、损伤程度、荷载水平（如应变水平）、加载频率等多种因素的共同影响，呈现出复杂的非线性特征。因此，充分理解并定量表征多因素耦合下的沥青粘结剂愈合特性，对于准确评价材料耐久性、优化材料设计、实现长寿命低碳路面具有至关重要的意义。

2、现有技术中对沥青材料愈合性能的研究和评价方法，主要存在以下四个方面的显著不足：

3、（一）研究变量过于单一：现有技术大多集中在单一变量（如仅改变温度）作用下的愈合特性分析，无法反映多因素共同作用下的真实愈合行为。

4、（二）缺乏多因素耦合的定量关系模型：目前对愈合过程的描述多采用经验回归或单因素拟合，未能建立愈合性能参数与温度、应变水平、加载频率、损伤程度等多维变量之间的统一、定量的关系模型，难以揭示多变量协同作用的规律。

5、（三）加载条件因素的影响被忽视或混淆：特别是针对应变水平、加载频率等关键力学参数对愈合行为的影响，现有评价方法未能严格排除损伤程度变化的干扰，导致无法清晰区分各因素的独立作用机制。

6、（四）预测普适性差：由于缺乏对多因素耦合作用下愈合过程非线性演化特征的统一表征方法，现有模型难以在不同服役工况间进行扩展和迁移，导致预测结果的普适性和可比性较差。

7、综上所述，需要构建一种能够在多因素耦合条件下统一表征沥青粘结剂愈合性能的模型与分析方法，以实现对其在复杂服役条件下愈合行为的系统预测与科学评价。

技术实现思路

1、针对上述现有技术的缺点，本发明的目的是提供多因素耦合的沥青损伤密度-愈合指数主曲线构建方法，以解决现有技术中的一个或多个问题。

2、为实现上述目的，本发明的技术方案如下：

3、多因素耦合的沥青损伤密度-愈合指数主曲线构建方法，包括如下步骤：

4、s1、针对待测沥青材料，分别设计温度、加载频率、应变水平及损伤密度四类单因素变量试验方案；

5、s2、对沥青试样进行疲劳-愈合循环加载测试，以获取不同温度、加载频率、应变水平及损伤密度组合条件下的愈合指数；

6、s3、以损伤密度为横坐标、愈合指数为纵坐标，分别建立各温度、各加载频率和各应变水平下的损伤密度-愈合指数关系曲线；

7、s4、选取参考温度、参考加载频率和参考应变水平，通过曲线移位法分别确定温度移位因子、加载频率移位因子和应变水平移位因子，并将各条件下的损伤密度-愈合指数关系曲线平移至参考条件下，构建缩减损伤密度-愈合指数主曲线；

8、s5、建立温度移位因子、加载频率移位因子和应变水平移位因子各自与温度、加载频率和应变水平的函数关系，以获得任意温度、加载频率、应变水平及损伤密度条件下的愈合指数预测模型。

9、进一步的，步骤s1中温度变量范围为20℃～30℃，设计三个梯度；加载频率变量范围为5hz～20hz，设计四个梯度；应变水平变量范围为1%～6%，设计四个梯度；损伤密度变量范围为0.2～0.8，设计四个梯度。

10、进一步的，步骤s2中愈合指数定义为在间歇期损伤密度的恢复量与间歇期初始损伤密度的比值，计算式如下式所示：

11、

12、式中：为首次疲劳加载结束时材料的损伤密度，为间歇愈合期结束时材料的损伤密度。

13、进一步的，步骤s2中损伤密度计算式如下式所示：

14、

15、式中：代表第n个加载循环时样品的损伤密度，代表第n个加载循环时样品的裂纹长度，代表第n个加载循环时样品的复数剪切模量绝对值，表示样品在加载初始的复数剪切模量绝对值，为完整样品的半径。

16、进一步的，步骤s4中各变量进行曲线移位法后还进行拟合以控制误差，计算式如下式所示：

17、

18、式中：为所有拟合数据点误差总和，为拟合的数据点数量，为点的愈合指数实测值，为点的愈合指数计算值。

19、进一步的，步骤s4中缩减损伤密度定义为各变量当前数值对应参考变量数值下的移位因子与实际损伤密度的乘积。

20、进一步的，步骤s5中愈合指数预测模型的建立包括步骤如下：

21、计算复合移位因子；

22、根据目标预测实际损伤密度与复合移位因子计算复合缩减损伤密度；

23、将复合缩减损伤密度分别代入构建缩减损伤密度-愈合指数主曲线中，并计算三条主曲线计算结果的平均值，得到在给定目标损伤密度、温度、加载频率以及应变水平下的愈合指数最终预测结果。

24、进一步的，复合移位因子计算式如下式所示：

25、

26、式中：代表频率相对参考频率的移位因子，代表应变水平对应参考应变水平下的移位因子；代表温度对应参考温度下的移位因子。

27、进一步的，复合缩减损伤密度计算式如下式所示：

28、

29、式中：代表实际损伤密度。

30、进一步的，愈合指数最终预测结果计算式如下式所示：

31、

32、式中：代表在频率下的复合缩减损伤密度下的愈合指数；代表在应变水平下的复合缩减损伤密度下的愈合指数；代表在温度下的复合缩减损伤密度下的愈合指数。

33、与现有技术相比，本发明的有益技术效果如下：

34、本发明通过同时考察温度、加载频率、应变水平和损伤密度四类变量对沥青愈合行为的影响，并设计系统的单因素变量试验方案，克服了现有技术中研究变量单一、无法反映多因素耦合作用下真实愈合行为的缺陷；通过分别建立不同温度、不同频率和不同应变水平下的损伤密度-愈合指数关系曲线，并引入曲线移位法构建缩减损伤密度-愈合指数主曲线，有效剥离了损伤程度对各加载条件因素评价的干扰，揭示了各因素对愈合性能的独立作用机制，同时形成了多因素耦合的统一定量表征模型，解决了现有方法缺乏多因素定量关系模型以及因素作用混淆的问题。在此基础上，通过建立移位因子与温度、频率、应变水平的函数关系，并利用复合移位因子和三条主曲线平均的策略，实现了对任意温度、加载频率、应变水平及损伤密度条件下愈合指数的精确预测，模型预测值与实测值高度一致，显著提升了预测模型的普适性和稳定性，为复杂服役条件下沥青材料愈合性能的可靠评价提供了有力的技术支撑。

1.多因素耦合的沥青损伤密度-愈合指数主曲线构建方法，其特征在于：包括如下步骤：

2.如权利要求1所述的多因素耦合的沥青损伤密度-愈合指数主曲线构建方法，其特征在于：步骤s1中温度变量范围为20℃～30℃，设计三个梯度；加载频率变量范围为5hz～20hz，设计四个梯度；应变水平变量范围为1%～6%，设计四个梯度；损伤密度变量范围为0.2～0.8，设计四个梯度。

3.如权利要求1所述的多因素耦合的沥青损伤密度-愈合指数主曲线构建方法，其特征在于：步骤s2中愈合指数定义为在间歇期损伤密度的恢复量与间歇期初始损伤密度的比值，计算式如下式所示：

4.如权利要求1所述的多因素耦合的沥青损伤密度-愈合指数主曲线构建方法，其特征在于：步骤s2中损伤密度计算式如下式所示：

5.如权利要求1所述的多因素耦合的沥青损伤密度-愈合指数主曲线构建方法，其特征在于：步骤s4中各变量进行曲线移位法后还进行拟合以控制误差，计算式如下式所示：

6.如权利要求1所述的多因素耦合的沥青损伤密度-愈合指数主曲线构建方法，其特征在于：步骤s4中缩减损伤密度定义为各变量当前数值对应参考变量数值下的移位因子与实际损伤密度的乘积。

7.如权利要求1所述的多因素耦合的沥青损伤密度-愈合指数主曲线构建方法，其特征在于：步骤s5中愈合指数预测模型的建立包括步骤如下：

8.如权利要求7所述的多因素耦合的沥青损伤密度-愈合指数主曲线构建方法，其特征在于：复合移位因子计算式如下式所示：

9.如权利要求7所述的多因素耦合的沥青损伤密度-愈合指数主曲线构建方法，其特征在于：复合缩减损伤密度计算式如下式所示：

10.如权利要求7所述的多因素耦合的沥青损伤密度-愈合指数主曲线构建方法，其特征在于：愈合指数最终预测结果计算式如下式所示：