Analizy termiczne asfaltowej nawierzchni drogowej z wykorzystaniem MES

Streszczenie

W artykule omówiono wybrane wyniki komputerowej symulacji rozkładu temperatury w drogowych nawierzchniach asfaltowych, których konstrukcje zostały dobrane dla kategorii obciążenia ruchem KR4 i KR6. W obu przypadkach konstrukcji przedstawiono po 5 wariantów, różniących się właściwościami termicznymi zastosowanych materiałów; współczynnik przewodzenia ciepła określono na podstawie badań własnych, nie zróżnicowano warunków brzegowych. We wszystkich wariantach temperaturę górnej powierzchni nawierzchni przyjęto z polowych pomiarów własnych dokonanych w Krakowie. Zjawisko przewodzenia ciepła wewnątrz nawierzchni drogowej opisanego równaniem przewodnictwa cieplnego Fouriera-Kirchhoffa rozwiązano numerycznie stosując metodę elementów skończonych (MES). Analizy przeprowadzono w systemie ANSYS z wykorzystaniem modułu Multiphysics, przy założeniu jednokierunkowego przewodzenia ciepła, jednorodności i izotropii materiałów, z jakich wykonane są poszczególne warstwy. Rozkład temperatury w nawierzchni drogowej w chwili początkowej wyznaczono wykorzystując analizę stacjonarną z określonymi dla danej chwili warunkami brzegowymi. Przedstawiono przebiegi rozkładu temperatury w nawierzchni, analizy statystyczne wartości temperatury na spodzie podbudowy asfaltowej dla różnych wariantów oraz wykresy wrażliwości temperatury na wybrany parametr. W celu sprawdzenia poprawności zastosowanego podejścia porównano wyniki symulacji z rzeczywistymi wartościami temperatury pomierzonymi na różnych głębokościach nawierzchni o układzie warstw zbliżonym do analizowanej konstrukcji dla KR4.