ĐẶT VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU Trang 2 1.1 Giới thiệu chung: Cơ học phá hủy là một nghiên cứu có tính chất hệ thống về các quá trình phát triển vết nứt của vật liệu rắn. Công tác nghiên cứu về cơ học phá hủy có mối liên hệ mật thiết với những thảm họa to lớn đã xảy ra trong lịch sử gần đây của nhân loại. Sự tồn tại và phát triển của vết nứt trong các loại vật liệu phục vụ cho ngành xây dựng như vật liệu thép, bê tông, bê tông nhựa đã và đang ngày càng được chú ý trong công tác thiết kế và thi công. Trong đó, bê tông nhựa có những đặc tính khá đa dạng so với các vật liệu còn lại trong thiết kế và thi công đường.
Trạng thái rời rạc của vật liệu bê tông nhựa chỉ ra những ảnh hưởng của tính dính kết trong quá trình phá hủy của bê tông nhựa. Bê tông nhựa cũng chỉ ra ứng xử của vết nứt, sự phụ thuộc của thời gian và nhiệt độ có liên quan đến ứng xử của vết nứt. Trong giai đoạn nghiên cứu hiện nay, các khía cạnh này ít nhiều còn gây khó khăn cho các nhà nghiên cứu và các kỹ sư để tìm hiểu và phân loại các mode phá hủy của bê tông nhựa. Với bài luận văn này sẽ giúp đưa ra một sự lý giải hợp lý để gia tăng sự hiểu biết về các ứng xử vết nứt của bê tông nhựa có xét đến tính dính kết và dự đoán chính xác các câu trả lời được rút ra từ thí nghiệm.2 Xác định vấn đề nghiên cứu: Vết nứt xảy ra gần như với tất cả các kiểu lớp phủ của nhựa đường tại các vị trí có sự thay thế các lớp nhựa hiện hữu hay mặt đường bê tông [13], [14].
Bởi vì các đặc tính của tải trọng cơ học và nhiệt độ, sự di chuyển xảy ra tại các vị trí của các khe nứt hoặc các vết nứt đã tồn tại trước đó, kết quả của điều đó là các vết nứt bắt đầu di chuyển từ các khe nứt và các vết nứt lớn hơn đã xuất hiện. Các vết nứt trên các lớp phủ được gây ra bởi sự xâm nhập của nước và vì thế làm suy giảm đi khả năng chịu lực của kết cấu mặt đường và góp phần quan trọng làm hư hỏng mặt đường và phá hủy các liên kết giữa các lớp vật liệu mặt đường. Có rất nhiều nghiên cứu hiện nay đang được tiến hành để nổ lực tìm kiếm nhằm hạn chế tối đa các vết nứt xuất hiện tại các lớp phủ bê tông nhựa. Ngày nay có rất nhiều vật liệu được phát triển tạo ra một sự hứa hẹn mới cho việc kiểm soát hiện tượng xuất hiện vết nứt.
Các loại vật liệu rắn đều có các mode phá hủy như nhau, tuy nhiên tính ứng dụng riêng Trang 3 biệt có sự khác nhau. Vấn đề nghiên cứu của luận văn chính là tìm hiểu mô hình phá hủy của bê tông nhựa, mô phỏng bằng phần mềm Abaqus v6.11 từ đó rút ra kết luận chung cho mô hình cần tìm hiểu. Như vậy, chúng ta cần thiết phải tìm hiểu một mô hình chính xác và mang tính thiết thực cao, được ứng dụng nhiều trên thế giới hiện nay, ở đây, tác giả đã lựa chọn mô hình phá hủy của bê tông nhựa có xét đến tính dính kết là vấn đề chính cho nghiên cứu.3 Mục tiêu của nghiên cứu: Nội dung nghiên cứu trong luận văn tập trung vào mô phỏng sự phá hủy bê tông nhựa có xét đến tính dính kết để tìm hiểu các đặc điểm của quá trình phát triển vết nứt. Quy trình thực hiện được tiến hành trong luận văn này là sự ứng dụng các phần tử có tính dính kết cho mặt đường, xem xét ảnh hưởng của nhiệt độ và tải trọng trong mô phỏng sự phát triển vết nứt theo không gian hai chiều (mô hình 2D).
Mục tiêu nghiên cứu chính của luận văn có thể xem xét các vấn đề như sau: Thực hiện mô phỏng phần tử dính kết bằng cách sử dụng chương trình mô phỏng vết nứt của vật liệu Abaqus, trong đó tác giả định nghĩa vật liệu là bê tông nhựa theo mô hình thí nghiệm của trường đại học Illinois. Tác giả tiến hành mô phỏng hai mô hình phá hủy bê tông nhựa có xét đến tính dính kết trên cơ sở vẫn khai báo các thông số đầu vào như mô hình thí nghiệm bê tông nhựa với mẫu hình tròn của trường đại học Illinois. Xác định các thông số cần thiết cho quá trình mô phỏng từ bước lập mô hình, gán vật liệu, gán độ mở rộng miệng vết nứt (CMOD) và các thông số quan trọng khác cho mô hình. Đề xuất một mô hình dính kết hợp lý cho mô hình phá hủy bê tông nhựa trên cơ sở mô hình mô phỏng quá trình phá hủy của bê tông nhựa có xét đến tính dính kết (phân tích các quá trình phát triển vết nứt của vật liệu rắn rồi ứng dụng trong thí nghiệm phân tích phát triển vết nứt của bê tông nhựa).
Trang 4 Luận văn còn minh họa tính cần thiết và thử thách nhằm tạo ra sự phát triển một mô hình phá hủy bê tông nhựa theo mô hình dính kết, đây là một mô hình khá mới trong nghiên cứu ở Việt Nam hiện nay. Cần phải có một nghiên cứu chính xác, rõ ràng và chuyên sâu về mô hình dính kết (CZM), đây sẽ là tiền đề cho các nghiên cứu tiếp theo để mô phỏng chính xác quá trình phát triển vết nứt của bê tông nhựa trong điều kiện cụ thể ở Việt Nam.4 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu: Nghiên cứu của luận văn chính là nghiên cứu về mô hình dính kết đã và đang được nghiên cứu ngày càng phổ biến trên thế giới hiện nay. Luận văn nghiên cứu từ sơ đồ mô hình chung về tính dính kết của vật liệu rắn đến mô hình riêng cho bê tông nhựa ứng dụng trong ngành cầu đường. Đối tượng nghiên cứu chính là mô phỏng sự phát triển vết nứt của bê tông nhựa dựa trên mô hình hàm số mũ có xét đến tính dính kết.
Phạm vi nghiên cứu của đề tài mang tính chất nghiên cứu mô phỏng mô hình phá hủy vật liệu bê tông nhựa với các thông số đầu vào đã được tiến hành nghiên cứu trước đó của Seong Hyeok Song- trường đại học Illinois. Trong đó, đặc biệt lưu ý đến tính dính kết của vật liệu bê tông nhựa, đây là mô hình nghiên cứu mới hiện nay cần được kiểm chứng một cách đầy đủ và chính xác.5 Bố cục luận văn: Nội dung luận văn được chia làm 7 chương trình bày những nghiên cứu của tác giả khi tiến hành nghiên cứu về mô hình phá hủy bê tông nhựa có xét đến tính dính kết. Trong chương 2, tác giả trình bày tổng quan về mô hình dính kết đã và đang được nghiên cứu trên thế giới hiện nay, đồng thời đưa ra sự so sánh đối chứng khác nhau của các mô hình qua từng nghiên cứu khác nhau. Đây là kết quả của các nhà nghiên cứu đi trước mà tác giả đã nghiên cứu được và trích dẫn trong luận văn thạc sĩ của mình.
Trang 5 Trong chương 3, tác giả tiến hành trình bày cơ sở lý thuyết trong luận văn, đó chính là nghiên cứu chi tiết về cơ học phá hủy, lý thuyết về mô hình dính đang được sử dụng rộng rãi trên thế giới hiện nay như mô hình hàm số mũ, mô hình song tuyến tính từ đó đưa ra mô hình tổng quát chung cho quá trình phá hủy của vật liệu có xét đến tính dính kết. Trong chương 4, tác giả tiến hành trình bày toàn bộ các nghiên cứu về mô hình phá hủy của bê tông nhựa có xét đến tính dính kết của đại học Illinois, xem xét các kết quả thí nghiệm có được từ mô hình thực và qua đó khẳng định lại sự phù hợp của mô hình thí nghiệm của đại học Illinois là mô hình phá hủy bê tông nhựa có xét đến tính dính kết. Trong chương 5, tác giả tiến hành trình bày về nghiên cứu tạo lưới cho mô hình bằng phương pháp phần tử hữu hạn. Đây là công tác khó khăn và quan trọng khi tiến hành nghiên cứu tạo lập mô hình do tính dễ biến dạng cục bộ và toàn mô hình của lưới.
Do đó, cần nghiên cứu chi tiết và hiểu rõ các biến dạng cũng như công tác tạo lưới để tạo ra một mô hình thích hợp. Trong chương 6, tác giả trình bày về các kích thước mô hình, kích thước lưới của phần tử, tổng số phần tử, điều kiện biên cho mô hình, khai báo chuyển vị mở rộng miệng vết nứt (CMOD) cũng như khai báo các tham số cho mô hình. Đồng thời đưa ra kết quả khi tác giả tiến hành thiết lập mô hình để nghiên cứu trong luận văn và đưa ra các kết luận cho kết quả. Trong chương 7, một lần nữa tác giả khẳng định mô hình phá hủy bê tông nhựa có xét đến tính dính kết là mô hình nền tảng cơ bản hiện nay cho nghiên cứu phát triển vết nứt của bê tông nhựa trong công tác thiết kế và thi công đường hiện nay.
Tác giả trình bày thành quả đạt được, những khó khăn gặp phải khi tiến hành nghiên cứu đề tài cũng như những hạn chế của đề tài trong điều kiện Việt Nam hiện nay. Đồng thời tác giả nêu lên các hướng tiếp cận mô hình dính kết theo các hướng khác nhau và định hướng nghiên cứu tiếp sau. Trang 6 CHƯƠNG 2 TỔNG QUAN VỀ MÔ HÌNH PHÁ HỦY VẬT LIỆU CÓ XÉT ĐẾN TÍNH DÍNH KẾT Trang 7 2.1 Giới thiệu chung: Mô hình phát triển vết nứt của vật liệu có xét đến tính dính kết đã và đang được nghiên cứu rộng rãi trên thế giới cũng như ở Việt Nam hiện nay. Mô hình này đang ngày càng hoàn thiện, cả về mặt lý thuyết và thực nghiệm.
Tuy nhiên, nghiên cứu về mô hình phát triển vết nứt của bê tông nhựa có xét đến tính dính kết của vật liệu tại Việt Nam hiện nay đang được tiến hành một cách sơ bộ, chưa có nghiên cứu cụ thể về vấn đề này, hầu như không có nghiên cứu nào được tiến hành. Trong giai đoạn hiện nay, gần như chưa có những kết luận rõ ràng về mô hình phá hủy cũng như các tác nhân ảnh hưởng đến vật liệu nhựa đường. Do đó cần thiết phải có một nghiên cứu tổng quan về ứng xử của bê tông nhựa có xét đến tính dính kết. Thực tiễn trên thế giới hiện nay, có rất nhiều nghiên cứu về mô hình phát triển vết nứt bê tông nhựa có xét đến tính dính kết.
Nhiều báo cáo khoa học đã được thực hiện trong các hội thảo quốc tế để giải quyết các vấn đề này.
