间接拉伸虚拟试验模式下沥青混合料的应力分布

为了更准确地评价间接拉伸模式下沥青混合料的二维应力分布状态,利用X-ray CT扫描沥青混合料试件,获取混合料内部真实三维细观结构(集料、砂胶和空隙),根据三维重构理论和重构算法,建立沥青混合料三维虚拟试样.在此基础上,对沥青混合料虚拟试样进行低温、快速加载条件下的间接拉伸虚拟试验仿真.结果表明:不同于以往基于弹性理论解的二维应力均匀分布结论,混合料试件水平轴向和竖直轴向上的应力都不再均匀对称分布,最大应力也不再出现在试件中心处.间接拉伸虚拟试验方法克服了以往忽略混合料内部细观结构的缺陷,可以更为真实地模拟试件受荷作用下的力学状态.研究方法是对计算机数字化设计沥青混合料目标的有益探索.     

沥青混合料动态模量数值预测方法

为了更好地预测沥青混合料的动态模量,利用工业CT采集数字图像,并与数值模拟技术相结合,从三维细观尺度研究了混合料结构对其性能的影响。首先采用工业CT扫描沥青混合料试件,获取其内部的真实三维细观结构,再开发程序建立沥青混合料的三维数值试样。将沥青混合料中的集料设为弹性体,将沥青砂胶设为粘弹性体,并采用修正的广义Maxwell模型表征,拟合出Prony级数的剪切松弛模量参数,作为有限元的输入参数。最后进行不同温度和频率下的沥青混合料间接拉伸动态模量数值模拟。结果表明:预测值和实测值吻合良好,基于三维细观尺度预测沥青混合料动态模量切实可行;该方法克服了传统沥青混合料数值模拟方法的局限性。     

基于X-CT技术的沥青混合料三维数值化试样重建

为了对沥青混合料内部结构进行三维重构,采用德国Compact-225型工业X-CT扫描混合料试件,实现试件的三维可视化,计算出集料、砂胶、空隙的体积组成。采用自行编写的程序,实现了由三维可视化模型向三维数值化模型的转化。提出了边界空隙率的概念,通过设置一定的边界空隙率,使模型的边界空隙分布符合实际试样的空隙分布。建立了基于实际试样真实内部微细观分布的数值化试样,弥补了传统的数值方法采用统计学原理或采用对试件损伤研磨建立三维细观模型的不足,为数值化测试奠定了重要基础。     

沥青混合料非均质多层次形态特征虚拟试件的三维随机重构

为真实反映沥青混合料内部非均质(粗集料、砂浆和空隙)多层次(矿料级配)结构特性,基于离散元方法,提出了模拟沥青混合料三维细观结构的随机生成算法。采用三维离散元程序(PFC3D)内球形单元相互重叠构成不规则形状的单个集料颗粒;结合区域内多个集料的随机投放技术,建立了可考虑集料不规则形状、级配特征、集料体积含量以及空隙分布的沥青混合料三维离散元虚拟试件。研究结果表明,该算法及程序操作简便,切实可行,为沥青混合料或其他矿物质混合料空间结构重构提供了一种新途径,有效缓解制备试件样本对试验室条件以及人力物力的依赖。     

沥青混合料抗剪性能与细观损伤关系模型研究

试验采用上面层为SMA-13、下面层为AC-20的双层车辙试件.结合室内试验模拟混合料剪切形变过程,测试不同车辙深度辙槽处与隆起处的抗剪强度,通过数字图像处理技术对沥青混合料组合试件切面图像进行处理,分别从宏观和细观两个层面对车辙形貌进行研究,建立了沥青混合料抗剪性能与细观损伤程度关系模型.通过对不同工况下的车辙试件分...     

基于间接拉伸模式的沥青混合料内部力链分布特征

为了表征沥青混合料在间接拉伸模式下的力链分布特征，成型3种骨架结构沥青混合料的马歇尔试件，以及旋转压实试件和相应3种类型的沥青砂浆静压试件。利用简单性能试验分别测试不同温度条件下沥青混合料和沥青砂浆的动态模量、相位角，在获取沥青混合料旋转压实试件和马歇尔试件截面图像的基础上，结合数字图像处理技术和MATLAB编程，借助离散元方法重构了3种类型沥青混合料的旋转压实和马歇尔数字试件。对旋转压实数字试件进行虚拟简单性能试验，运用反演算法计算数字试件的细观参数，校验细观模型的准确性和合理性。对马歇尔数字试件开展虚拟间接拉伸试验，提取颗粒间接触力力链信息，以力链概率分布和角度分布作为量化指标进行分布特征分析。研究结果表明：利用离散元方法重构的3种骨架结构沥青混合料黏弹性细观模型具有较高的预测精度，动态模量和相位角的实测与预测最大差异分别为9.64%、0.24°；间接拉伸荷载模式下，3种骨架结构沥青混合料的内部法向压力力链概率分布均随f(接触力与平均接触力的比值)的增大而衰减，强力链(f≥1)的概率分布较小，而弱力链(f＜1)的概率分布较大，随着温度的升高，力链的最大概率分布基本呈增大的趋势；不同温度的压力力链角度分布差异较大，呈沿0°-180°水平线和90°-270°垂直线的非对称分布，0°-180°水平线以上分布占主导，随着温度的升高，角度分布均向外延伸，但延伸幅度不大，最大仅为3.954%；不同截面的沥青混合料具有一致的法向力链概率分布和角度分布。研究结果为从细观角度认知沥青混合料的非均匀力学响应及荷载传递演化提供了理论依据。     

沥青混合料劈裂强度试验的离散元模拟研究

数值模拟仿真技术在沥青混合料内部细观力学行为的研究中应用非常广泛。本文应用CT扫描技术获取沥青混合料试件的截面图像,对CT图像采取环形分区结合双峰法阈值分割的处理方法,避免分离沥青砂浆与集料时集料的粘连和缺损。通过MATLAB自编程序将图像信息转换为可导入离散元模型的坐标信息,利用沥青混合料各相坐标信息实现马歇尔试件的二维离散元重建,并进行极限劈裂强度试验的数值仿真分析,发现:对CT图像进行环形分区后再处理能够提高图像信息提取的准确性;仿真试验中,模型内部应力主要分布在加载线区域,在模型中散射性分布,模型主要受压应力作用,但发生接触破坏的部位会分布着较大的拉应力;裂缝最先出现在压头的正下方,逐渐沿砂浆与集料界面由慢变快逐渐向下扩展。     

AC-13沥青混合料细观组分材料强度特性研究

为了研究AC—13沥青混合料细观力学性能参数的获取方法及骨料粒径对沥青混合料强度的影响,逐级去除上一级骨料,利用剩余各档集料质量比不变及集料总比表面积与沥青用量之比保持不变的原则设计各级沥青混合料试件。采用MTS对各级沥青混合料试件进行单轴抗压强度实验,揭示了骨料对沥青混合料强度的影响规律,并为细观状态下沥青混合料细观参数的获取提供了方法。     

基于CT技术沥青混合料集料的识别与分离

为了研究沥青混合料内部集料结构,利用CT断层扫描技术对沥青混合料内部集料进行三维重构,基于Matlab自行编制程序对集料进行识别与分离.很多情况下集料是互相接触的,这些相互接触的集料容易被程序错误地识别成是一个集料.为此首先用Gaussian过滤器使集料变得更光滑,再利用Hmax过滤器使集料变得更平滑,最后进行Wat...     

沥青混合料断裂数值模拟进展

以沥青混合料为建筑材料的沥青路面是我国高等级公路的主要铺面形式,裂缝是造成沥青路面破坏的主要原因之一。研究沥青混合料的开裂机理有助于优化沥青混合料的设计,提高其抗裂性能。数值模拟是研究沥青混合料断裂的有效手段。但是,由于沥青混合料组成材料的多相性和细观结构的不均匀性,沥青混合料的断裂模式非常复杂。尽管目前断裂力学理论和数值模拟手段取得了很大进步,沥青混合料的断裂模拟问题还处于探索阶段。本研究总结了基于经典断裂力学理论的有限元方法、内聚力模型的有限元方法、细观结构模型的有限元方法和细观结构模型的离散元方法在沥青混合料断裂模拟中的应用和取得的成果。在分析各种数值模拟方法优劣的基础上,展望了今后的研究重点。在有限元方面,建议进一步研究基于沥青混合料三维细观结构的有限元方法,重点解决三维细观结构构建、计算收敛性和单元畸变问题。在离散元方面,建议进一步研究基于沥青混合料三维细观结构的离散元方法,重点解决计算效率和细观断裂本构模型问题。     

集料分布状态及其与沥青混合料性能研究进展

通过分析集料分布状态及其与沥青混合料性能研究现状,评述基于集料分布状态进行沥青混合料性能数值模拟研究进展,展望集料分布状态及其与沥青混合料性能研究趋势,对集料分布状态及其与沥青混合料性能关系进行深入研究。研究表明:沥青混合料三维虚拟试件几何重构,集料三维分布状态指标建立,集料-沥青界面接触效应分析等,将是未来集料分布状态及其与沥青混合料性能研究的3个重点。     

基于精细化DEM建模的冷再生混合料断裂性能分析

冷再生沥青混合料包含水泥、乳化沥青、旧料等成分，具有材料组成复杂、界面结构多变的特点，其对冷再生混合料的抗裂性能具有显着影响。以冷再生沥青混合料的断裂性能为研究对象，提出一种精细化的数值建模方法，该方法包括细观结构特征精细重构和力学参数精确获取。采用彩色乳化沥青区分材料内部真实组成结构，并经过图像处理和MATLAB程序处理导入离散元（DEM）数值仿真软件中，进行冷再生混合料结构精细化重构；结合SEM原位力学测试方法获取考虑试件尺寸和加载速率影响的沥青砂浆精确力学参数，建立精细化的离散元数值仿真模型；基于精细化建模开展冷再生沥青混合料断裂性能和关键失效机理分析，并通过室内试验进行验证。数值仿真和室内试验结果表明：基于细观结构精细化重构和材料参数精确获取的离散元建模方法可以有效模拟分析冷再生沥青混合料的断裂性能；冷再生混合料的整体断裂特性属于脆性断裂，抗拉强度低的冷再生沥青砂浆是混合料内部的薄弱区域，混合料内部主要断裂界面为冷再生沥青砂浆-骨料界面。提高沥青砂浆黏聚强度和材料内部界面强度可以显著改善冷再生沥青混合料的抗裂性能。     

基于Matlab的沥青混合料内部空隙率测定与分析

为了研究沥青混合料CT图像空隙率大小及其分布特征,基于Matlab图像处理软件对各层位扫描CT图像进行图像增强、图像锐化处理。采用二维最大熵阈值分割法对沥青混合料不同层位的CT图像进行二值化,利用Canny算子模板进行边缘检测,检测出图像边缘内部空隙点数与试件CT图像总点数做熵运算,计算空隙占整个试件的百分率。同时,对试件空隙率检测计算结果差异的显著性进行数理统计检验。结果表明:空隙率随层位呈两头大中间小的分布趋势,验证了沥青混合料内部微观结构的非均匀性;CT图像计算的空隙率均值可以作为试件的空隙率值,同时试验数据结果与图像处理结果具有一致性,表明图像处理具有一定的准确性和可信度。     

基于CT图像处理技术的再生沥青混合料集料均匀性分析

再生沥青混合料的细观结构与其宏观力学性能密切相关。文中选用珍珠岩和玄武岩集料作为再生沥青混合料中的新旧集料,模拟现场热再生过程制备再生沥青混合料试件;应用CT技术和数字图像处理(DIP)技术,对再生沥青混合料试件截面的数字图像进行处理,提取混合料中新旧集料、空隙和沥青砂浆的数字图像信息,对其空间分布规律及新旧集料均匀性进行分析。结果表明,再生沥青混合料的新旧集料在空间上分布较均匀,试件中部的均匀性优于试件两端的均匀性;集料在试件高度方向上整体分布较均匀,各断层新旧集料的分布比例大致符合总体新旧料的比例;静压成型试件空隙率沿试件高度方向呈现一端大、一端小的现象。     

基于CT数字图像处理的沥青混合料车辙试件空隙特征测定

为了研究沥青混合料标准车辙试件试验前后空隙分布特征,采用医用CT扫描设备获取了大量车辙试件图像,将图像导入Matlab图像处理软件进行图像增强处理,采用大津法(OTSU)选取全局阈值实现图像的分割。在此基础上,对比SBS改性沥青混合料和普通沥青混合料车辙试件空隙特征及其变化的差异。结果表明:采用本方法测定的空隙率均值与实验室测量的空隙率一致,并且本方法能从细观层面反映空隙分布特征。轮碾成型原始车辙试件的空隙率在轮载作用处偏小,二维平面上空隙面积在10 mm~2以下居多;车辙试验后,辙槽处空隙率大幅度下降,普通沥青混合料试件车辙深度更深,空隙数量减少更明显,空隙特征的变化主要体现在小微空隙上。     

不同养生温度泡沫沥青冷再生混合料宏细微观结构性能研究

为了确定泡沫沥青冷再生混合料合理的室内加速养生温度,基于室内路用性能试验、数字图像处理技术、工业CT(X-ray CT)无损检测技术及VGStudio MAX 2.0的三维重构功能系统研究了10℃、25℃、40℃、60℃、80℃养生温度下泡沫沥青冷再生混合料的力学性能、低温性能和抗疲劳性能,以泡沫沥青分散机制为评价指标,探究了养生温度对泡沫沥青冷再生混合料宏细微观结构性能的影响机理。结果表明,提高养生温度后泡沫沥青冷再生混合料力学强度、低温抗裂性能和抗疲劳性能显著提高;随着养生温度提高,泡沫沥青在劈裂试验试件破坏界面上的分布面积呈线性关系增大,较高养生温度条件下泡沫沥青在混合料内部分布更广泛,"点焊"状结合更密。建议泡沫沥青冷再生混合料设计与施工细则在配合比设计阶段采用40℃养生,并强调室内混合料设计试件养生温度应当与现场施工气温一致的重要性及必要性。     

基于X-Ray CT技术的沥青混合料扫描影响因素及其优化研究

通过225 KV工业CT设备,研究沥青混合料试件尺寸、集料岩性、成型方式对扫描成像质量的影响,对常用的沥青混合料马歇尔试件扫描参数进行优化.研究结果表明:试件尺寸越大,图像质量越差;花岗岩混合料最适合于后期图像处理分析;不同的成型方式对图像质量会产生一定影响.最后为马歇尔沥青混合料试件推荐了最佳的扫描参数组合,既能够提高扫描精度,也可以提高扫描效率.     

基于三维离散元黏弹性模型的沥青砂单轴压缩数值模拟

通过建立三维离散元模型对沥青砂单轴压缩试验进行了一系列的数值模拟.沥青砂是由近似大小的圆细砂颗粒和沥青混合而成,是一种理想化的沥青混合料.首先在三维离散元模型中对沥青砂的三维空间结构进行了数字重构,然后引入Burger's模型模拟沥青的黏弹性质,同时建立以时间和温度为函数的黏结破坏模型模拟沥青砂在单轴压缩过程中的应力一应变曲线,尤其是在应变软化阶段的力学表现.研究结果表明,建立的三维离散元模型对沥青砂在单轴压缩试验中各阶段的应力与应变特性都能进行较好地数值模拟,在细观层面上为进一步分析和预测沥青材料开裂破坏产生和发展的演变过程提供了新的研究手段.     

沥青混合料冻融劈裂微观结构损伤特性分析

量化研究了沥青混合料冻融劈裂试件微观结构的损伤特性。基于冻融劈裂前后试件的CT图像,以CT值和损伤变量为基础,根据试件内部损伤特征,借助损伤力学基本概念,通过适当的数学假设,建立了冻融劈裂前后沥青混合料试件内部结构CT值分布规律的数学模型。利用CT值和损伤变量实现了对冻融劈裂前后试件内部微观损伤的量化。以损伤力学概念为基础,给出了沥青混合料损伤密度的定义,推导了以CT值表示的混合料密度损伤变量表达式,从而将CT值和损伤变量联系起来。利用损伤变量可以对混合料试件冻融劈裂前后内部微观结构的变化进行对比分析,实现了试件内部微观损伤特性变化的定量对比。对冻融劈裂前后试件上中下3个层位损伤变量的计算结果表明,冻融劈裂后试件各层位相应的损伤变量均有不同程度的增加,与CT图像表明的试件内部损伤明显加剧相吻合。     

级配特征对沥青混合料细观孔隙结构影响

对高温下沥青混合料受压破坏前后的孔隙结构及其分布特征进行研究,从细观角度量化不同级配类型对孔隙的影响规律.选取SMA、AC及SUP典型沥青混合料作为研究对象,采用X-Ray CT技术分析60℃温度下沥青混合料承受单轴压缩破坏后的孔隙状态,并对主要体积指标进行统计分析.结果 表明:高温受压变形后沥青混合料内部的孔隙数显著...