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姓名	林冠達  查詢紙本館藏	畢業系所	土木工程學系
論文名稱	橋面板瀝青鋪面材料力學行為研究
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摘要(中)	道路、鋪面、公路作為生活中日常所見之土木工程設施，時常可以發現道路鋪面之破壞，坑漥、裂縫等等。然而在工程上似乎沒有一便捷之理論數據足以提供工程師對於此類材料之破壞行為以及變形直接進行預測，透過實驗也許可以找出此類材料行為之實驗數據並加以利用，然而實驗所需耗時曠日廢時，若有一精確之材料理論足以描述鋪面性質，則可利用數值分析之方式，省下大量時間與精力取得相對可靠之資料進行預測。 因此本研究將進行對於鋪面材料之歸屬及理論理解，並將材料特性以數值方式進行描述，更新動力方程中之材料屬性以此新型材料屬性進行分析模擬，比對不同套裝軟體之分析結果驗證模型可靠性。 本研究採用IDAP-ENSP(Implicit Dynamic Analysis Procedure based on Equivalent Nodal Secant Properties)動力歷時分析程序進行分析，此分析程序使用割線勁度法進行迭代，使矩陣對角化，因此不須計算反矩陣之特性，相較於傳統有限元素分析程序而言，其計算相對效率。而對比套裝軟體採用ABAQUS 2017進行數據對比，因ABAQUS為成熟發展之套裝軟體，受工程界信賴，因此用ABAQUS進行參考對比具有公信價值。 最後對分析結果進行各種材料特性之比對、統整、歸納，將完整之材料模型理論與數據分析之行為互相參考佐證，並提出產生材料模型與分析結果對比之各項優劣，包括相異部分、相符部分以及可能造成因素，最後進行結論與未來研究更新之參考方向。
摘要(英)	Roads, pavements, and highways are common civil engineering structures seen in daily life. It is often observed that road pavements suffer from damage, such as potholes and cracks. However, in engineering, there seems to be no convenient theoretical data that allows engineers to directly predict the failure behavior and deformation of such materials. Although experiments may reveal the behavioral data of these materials, the experimental process is often time-consuming. If a precise material theory can describe the properties of pavement, numerical analysis can be used to save significant time and effort in obtaining relatively reliable data for prediction. Therefore, this study aims to understand and classify pavement materials theoretically, and describe material characteristics numerically. By updating the material properties in dynamic equations with these new characteristics, we can conduct analysis and simulations, comparing the results with different software packages to verify the reliability of the model. This research uses the IDAP-ENSP (Implicit Dynamic Analysis Procedure based on Equivalent Nodal Secant Properties) dynamic time-history analysis procedure. This procedure uses the secant stiffness method for iteration, diagonalizing the matrix without the need to calculate the inverse matrix, resulting in relatively higher computational efficiency compared to traditional finite element analysis procedures. For comparison, the study uses ABAQUS 2017 software, a well-established and trusted tool in the engineering field, making it a valuable reference for comparison. Finally, the analysis results are compared, summarized, and categorized based on various material properties. The theoretical material model and numerical analysis behaviors are cross-referenced and validated. The advantages and disadvantages of generating the material model and the comparison of analysis results are discussed, including differences, consistencies, and possible influencing factors. Conclusions and recommendations for future research updates are also presented.
關鍵字(中)	★ 鋪面力學 ★ 黏彈性材料 ★ IDAP-ENSP動力分析	關鍵字(英)	★ Pavement Mechanics ★ Viscoelastic Materials ★ IDAP-ENSP Dynamic Analysis
論文目次	摘要 i 目錄 iv 圖目錄 v 表目錄 viii 第一章 緒論 1 1-1 研究動機與目的 1 1-2 論文架構 3 第二章 文獻回顧 4 2-1 道路結構組成 4 2-2 鋪面材料簡述 6 2-3 數值分析方式 7 2-3-1. 頻率域分析 7 2-3-2. 時間域分析 9 第三章 瀝青鋪面材料力學 10 3-1 黏彈性材料 10 3-1 流變行為模型 13 3-2-1. Maxwell模型 13 3-2-2. Kelvin-voigt模型 16 3-2-3. 廣義流變模型 18 3-3 黏彈材料之組成律 22 3-4 不同分析域之材料描述 25 3-4-1. 頻率域之黏彈模型材料描述 25 3-4-2. 時間域之黏彈模型材料描述 31 第四章 數值分析方法 33 4-1 IDAP-ENSP動力分析 33 4-1-1. 非線性動力歷時分析 33 4-1-2. 隱式積分法 35 4-2 黏彈材料模型 38 第五章 模型驗證 40 5-1 模型驗證 40 5-2 案例分析 55 第六章 結論與未來研究 62 6-1 結論 62 6-2 未來研究 64 參考文獻 65 圖目錄 圖2- 1道路結構示意圖 4 圖2- 2遲滯迴圈以及模數示意 8 圖3- 1應力鬆弛 10 圖3- 2潛變 11 圖3- 3相位角 12 圖3- 4 MAXWELL模型 13 圖3- 5 MAXWELL潛變 15 圖3- 6 KELVIN-VOIGT流變模型 16 圖3- 7 KELVIN-VOIGT 潛變 17 圖3- 8 KELVIN-VOIGT應力鬆弛 17 圖3- 9(A)廣義KELVIN-VOIGT模型、(B)廣義MAXWELL模型 18 圖3- 10波茲曼疊加 24 圖3- 11相位角與彈性及黏性之關係 26 圖3- 12黏彈性外力與材料反應 27 圖3- 13彈性固體外力與材料反應 27 圖5- 1車載外力正弦加載 41 圖5- 2應力分析對比 45 圖5- 3應變分析對比 45 圖5- 4位移分析對比 46 圖5- 5單次加載應力應變對比 46 圖5- 6模數歷時分析對比 47 圖5- 7一秒間隔之反復加載應力反應 50 圖5- 8一秒間隔之反復加載應變反應 50 圖5- 9一秒間隔之反復加載位移 51 圖5- 10一秒間隔之反復加載遲滯回圈 51 圖5- 11潛變應力反應驗證對比 52 圖5- 12潛變應變反應對比 53 圖5- 13潛變位移反應對比 53 圖5- 14長時間車轍模擬材料應力 56 圖5- 15長時間車轍模擬材料應變 56 圖5- 16長時間車轍模擬材料位移 57 圖5- 17 案例分析應力之每步趨勢放大圖 58 圖5- 18 案例分析應變之每步趨勢放大圖 58 圖5- 19 案例分析位移之每步趨勢放大圖 59 圖5- 20長時間潛變應力反應 60 圖5- 21長時間潛變應變反應 60 圖5- 22長時間潛變位移反應 61   表目錄 表 1 ABAQUS與IDAP-ENSP輸入參數表 42 表 2 PRONY’S模型材料模擬參數 43 表 3 分析結果對比 44
參考文獻	[ 1] Tzu-Ying Lee, Kun-Jun Chung, Hao Chang(2017), “A new implicit dynamic finite element analysis procedure with damping included”, Engineering Structures 147 (2017) 530–544 [ 2] Lee, T.Y., Chung, K.J. and Chang, H. (2018), “A new procedure for nonlinear dynamic analysis of structures under seismic loading based on equivalent nodal secant stiffness,” International Journal of Structural Stability and Dynamics, 18(3), 1850043. [ 3] 翁逸偉(2011)，「鋼床鈑鋪面破壞分析及較適鋪面材料之探討」，博士論文，國立中央大學土木工程研究所，中壢。 [ 4] John D. Ferry(1980.), “VISCOELASTIC PROPERTIES OF POLYMER, 3rd Edition”, John wiley & Sons. [ 5] Li Qi, Lewei Qian, Stephen Woodruff, and David Cartes(2007),” Prony Analysis for Power System Transient Harmonics”, EURASIP Journal on Advances in Signal Processing [ 6] Nicholas W. Tschoegl(1989),” The Phenomenological Theory of Linear Viscoelastic Behavior An Introduction”, ISBN-13:978-3-642-73604-9 [ 7] Bilel Miled(2011), “Coupled viscoelastic-viscoplastic modeling of homogeneous and reinforced thermoplastic polymers”, Ecole polytechnique de Louvain Institute of Mechanics, Materials and Civil Engineering [ 8] Hasan Taherkhani,Masoud Jalali(2016), Investigating the performance of geosynthetic reinforced asphaltic pavement under various axle loads using finite-element method , Department of Civil Engineering, University of Zanjan, Zanjan, Iran [ 9] Bathe, K. J. and Baig, M. M. I. (2005), “On a composite implicit time integration procedure for nonlinear dynamics,” Computer & Structure. 83, 2513-2524. [ 10] Bathe, K. J. (2007), “Conserving energy and momentum in nonlinear dynamics: a simple implicit time integration scheme,” Computer & Structure. 85, 437-445. [ 11] Chopra, A. K. (2012), Dynamics of structures: theory and applications to earthquake engineering (4th edn), Prentice-Hall: Englewood Cliffs, New Jersey. [ 12] Noh, G., and Bathe, K. J. (2018). “Further insights into an implicit time integration scheme for structural dynamics.” Computers & Structures, 202, 15-24.
指導教授	李姿瑩 何旻哲(Tzu-Ying Lee Min-Che Ho)	審核日期	2024-8-19
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