Purpose. The main goal of this paper is to develop the numerical model of viscoelastic material using finite element method (FEM). The model was applied to asphalt-aggregate mixtures. Additionally the obtained numerical results with use of different FEM software were compared with experimental data. Methodology. In order to perform the investigation, the numerical specimen was built within FEM software. Material of the specimen was assumed to be viscoelastic. Viscoelastic materials are characterized by a combination of elastic behavior, which stores energy during deformation, and viscous behavior, which dissipates energy during deformation. It was assumed that the behavior of the material corresponds to generalized Maxwell model. The model consists of a spring element in parallel with a number of spring and dashpot Maxwell elements. Generalized Maxwell model consisting of 5 elements was offered at . Mechanical properties of the material correspond to the properties of real asphaltic material. Findings. As the result of calculations the stress and strain state of the asphalt specimen were obtained. To compare mechanical characteristics of the model with experimental data the dynamic elastic modulus and phase angle values were calculated. Originality. Viscoelastic material model based on generalized Maxwell scheme was developed using ANSYS software. In order to compare the numerical model of the material with real asphalt-aggregate mix data, the values of dynamic modulus and phase angle were selected. Analyzing the results of calculations one can see good correspondence of numerical material model to experimental data. Moreover, the numerical data obtained with ANSYS and LS-DYNA software were compared. Practical value. It should be emphasized that FEM gives the possibility of determining stresses and strains for asphalt pavement non-elastic models what is of great importance using mechanistic design procedures.
Цель. Основной целью статьи является разработка численной модели вязкоупругого материала с использованием метода конечных элементов. Построенная модель применялась к асфальтной смеси. Дополнительно, численные результаты, полученные с помощью различных программных комплексов, основанных на методе конечных элементов, сравнивались с экспериментальными данными. Методика. Для выполнения исследования был построен численный образец материала в среде программного комплекса, основанного на методе конечных элементов. Материал образца предполагался вязкоупругим. Вязкоупругие материалы характеризуются комбинацией упругого поведения, при котором накапливается энергия при деформировании, и вязкого поведения, при котором рассеивается энергия при деформировании. Предполагалось, что поведение материала соответствует обобщенной модели Максвелла. Такая модель состоит из упругого элемента, соединенного параллельно с набором упругих и демпфирующих максвелловых элементов. Была предложена обобщенная модель материала Максвелла, которая состояла из 5 элементов при . Механические свойства материала соответствовали свойствам реального материала асфальта. Результаты. В качестве результата расчетов было получено напряженно-деформированное состояние образца материала асфальта. Для сравнения механических характеристик модели с экспериментальными данными были вычислены величины динамического модуля упругости и угла фазового сдвига. Научная новизна. С использованием программного комплекса ANSYS разработана модель вязкоупругого материала, которая базируется на схеме обобщенной модели Максвелла. Для сравнения численной модели материала с данными о реальной асфальтной смеси были выбраны величины динамического модуля упругости и угла фазового сдвига. Анализируя результаты расчетов, можно увидеть хорошее соответствие численной модели материала данным эксперимента. Кроме того, сравнивались данные численных расчетов, полученные в программных комплексах ANSYS и LS-DYNA. Практическая значимость. Необходимо отметить, что метод конечных элементов дает возможность определять напряжения и деформации в неупругих моделях материала асфальтного покрытия, что является важным при конструировании.
Мета. Основною метою статті є розробка чисельної моделі в’язкопружного матеріалу з використанням методу скінченних елементів. Побудована модель застосовувалась до асфальтної суміші. Додатково, чисельні результати, отримані за допомогою різних програмних комплексів, основаних на методі скінченних елементів, були порівняні з експериментальними даними. Методика. Для виконання дослідження був побудований чисельний зразок матеріалу в середовищі програмного комплексу, заснованому на методі скінченних елементів. Матеріал зразка припускався в’язкопружним. В’язкопружні матеріали характеризуються комбінацією пружної поведінки, яка накопичує енергію впродовж деформації, та в’язкої поведінки, яка розсіює енергію впродовж деформації. Передбачалось, що поведінка матеріалу відповідає узагальненій моделі Максвелла. Така модель складається з пружного елемента, з’єднаного паралельно з набором пружних та демпферних максвеллових елементів. Була запропонована узагальнена модель матеріалу Максвелла, що складалася з 5 елементів при . Механічні властивості матеріалу відповідали властивостям дійсного матеріалу асфальту. Результати. В якості результату розрахунків було отримано напружено-деформований стан зразка матеріалу асфальту. Для порівняння механічних характеристик моделі з експериментальними даними були обчислені величини динамічного модуля пружності та кута фазового зсуву. Наукова новизна. З використанням програмного комплексу ANSYS, розроблена модель в’язкопружного матеріалу, що базується на схемі узагальненої моделі Максвелла. Для порівняння чисельної моделі матеріалу з даними про дійсну асфальтну суміш були вибрані величини динамічного модуля пружності та кута фазового зсуву. Аналізуючи результати розрахунків, можна побачити хорошу відповідність чисельної моделі матеріалу до даних експерименту. Крім того, були порівняні дані чисельних розрахунків, отриманих в програмних комплексах ANSYS та LS-DYNA. Практична значимість. Необхідно відзначити, що метод скінченних елементів дає можливість визначення напружень та деформацій в непружних моделях матеріалу асфальтного покриття, що є важливим при конструюванні.
NUMERICAL SIMULATION OF VISCOELASTIC MATERIALS.
ЧИСЛЕННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ВЯЗКОУПРУГИХ МАТЕРИАЛОВ.
ЧИСЕЛЬНЕ МОДЕЛЮВАННЯ В’ЯЗКОПРУЖНИХ МАТЕРІАЛІВ
2014-11-24
Science and Transport Progress ; No. 5(53) (2014); 157-165
Aufsatz (Zeitschrift)
Elektronische Ressource
Englisch
numerical model , generalized Maxwell model , viscoelastic material , mechanical properties , finite element method численная модель , метод скінченних елементів , чисельна модель , обобщенная модель Максвелла , в’язкопружний матеріал , вязкоупругий материал , механические свойства , метод конечных элементов , механічні властивості , узагальнена модель Максвелла
Metadata by SPU is licensed under CC BY 3.0
Scientific Periodicals of Ukraine | 2008
|Scientific Periodicals of Ukraine | 2017
|Scientific Periodicals of Ukraine | 2019
|Scientific Periodicals of Ukraine | 2007
|Scientific Periodicals of Ukraine | 2016
|