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摘要
采用多尺度分析及复合材料断裂力学方法，研究了微胶囊材料在沥青路面中的力学性能需求以及微胶囊在微裂缝作用下的破裂机制。首先，应用离散元法从宏观、细观和微观三个尺度逐层确定模型和参数，构建含微胶囊的沥青路面多尺度模型，分析车辆重载作用下微胶囊的受力行为。其次，以改进扩展有限元法研究含微胶囊的沥青胶浆复合材料的裂纹扩展，考察微胶囊材料参数、相对位置等因素对裂纹扩展路径的影响，确定微胶囊能够及时破裂并发挥自修复作用的性能要求。研究表明：在1.43 MPa轮胎接地压力下，沥青混凝土中面层沥青砂浆内部的接触压力和接触拉力分别为0.347 N、0.093 N;通过微观尺度的分析可得，微胶囊所受接触压力的均值为25 mN,接触拉力的均值为7.7 mN。复合材料断裂力学分析表明，当微胶囊的弹性模量小于沥青胶浆基体的弹性模量时，微胶囊的存在对裂尖断裂参数起强化作用，微裂纹朝着微胶囊扩展，使得微胶囊及时破裂并发挥自修复功能。在微胶囊材料选择和制备时，可应用先进技术(如纳米压痕技术或原子力显微镜等)对微胶囊的力学性能参数进行测量，以使其满足沥青路面中的使用要求。
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单位交通运输学院; 石家庄铁道大学
