根据弹性力学的定义,材料的模量是材料应力与应变的比值。动态荷载情况下,材料在周期或非周期性的动态荷载作用下,产生相应的动态变形响应。荷载或应力随时间变化,是时间的函数;相应的变形或应变响应也是时间的函数;应力与应变的比值即动态模量,因而也是时间的函数,它们之间的数学关系为E(t)=σ(t)/ε(t)。因此,材料的动态模量值随时间变化。
1)黏弹性理论基础
弹性固体具有确定形状,在外力作用下发生变形,在外力去除后,能完全恢复原来的形状。从能量的观点来看,弹性固体能将形变过程中外力作功所产生的能量全部以弹性势能方式储存起来,除去外力后,又能将储存的能量全部释放,使本身恢复原状。与之相反,黏性液体却没有确定形状,在外力作用下形变随时间而发展并发生不可逆的流动,除去外力后,其变形不能完全恢复,会产生不可恢复的永久变形。黏弹性体则具有介于两者之间的所有性质,既展现瞬时弹性效应,又显示蠕变特征,同时具有弹性和黏性两种不同机理的形变。根据黏弹性理论的观点,黏弹性材料的应力不仅与当时的应变有关,而且与应变的全部变化历史有关。此时,应力应变之间一一对应的关系已不复存在。具体说,就是材料性质对时间和温度具有强烈的依赖性。
2)沥青混合料的黏弹性特性
在大多数铺面结构承受交通荷载和温度作用下,沥青混合料的状况既像一个弹性固体又像一个黏性液体。它是一种较为典型的黏弹性体,同时具有弹性和黏性两种特性,尤其是在高温荷载作用下,其变形特性更为复杂。
对于某一种给定的沥青混合料来说,弹性变形部分和永久变形部分的比例,与应力、荷载作用时间和温度有关。在高温条件下或在长时间荷载作用下,沥青混合料的行为响应接近黏性,而在低温条件下或短时间荷载作用下,沥青混合料的行为响应则呈现弹性。在一般实际使用情况下,沥青混合料的行为响应表现为黏弹性,它的力学特征主要表现在沥青混合料的力学特性对温度和时间敏感,具有感温性和依时性,在加载、卸载过程中会出现明显的蠕变和松弛现象。描述材料黏弹性性质的基本参数包括动态模量、蠕变柔量和松弛模量等。这些参数不仅可以用来描述材料的线性黏弹性特性,还可以用来描述材料的非线性黏弹特性和破坏特性。事实上这3个参数都反映了材料的基本蠕变和松弛特性,而动态模量在试验中测试则比较容易实现,并且其试验精度能得到较好地控制,因此,动态模量被更为广泛的使用。(有修改)