[發明專利]一種虛擬狀態下的瀝青混合料級配優化方法

有效

• 申請號: 201710083802.7
• 申請日: 2017-02-16
• 公開（公告）號: CN106950120B
• 公開（公告）日: 2019-05-24
• 發明（設計）人: 彭勇;高華
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: G01N3/24
• 分類號: G01N3/24;G01N3/08
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 鄭海峰

1.一種虛擬狀態下的瀝青混合料級配優化方法，其特征在于包括如下步驟：

1)根據實際需要優化的級配，在三維離散元軟件PFC3D中隨機生成符合目標級配的瀝青混合料力學試驗三維離散元模型；所述的瀝青混合料力學試驗三維離散元模型包括單軸貫入試驗模型、低溫下的劈裂試驗模型、單軸壓縮試驗模型和剪切疲勞試驗模型,分別計算得到四個模型相應的力學性能指標；

其中，a)所述的單軸貫入試驗模型的力學性能指標的計算步驟為：

根據所選集料級配，采用三維離散元軟件PFC3D，以集料為多邊形的模式，隨機生成3D虛擬貫入試驗圓柱形試件幾何模型，試件尺寸為賦予伯格斯接觸粘結模型，并通過實驗確定模型在60℃時材料參數，采用直徑為42mm的模擬鋼壓頭的墻體，以加載速率為1mm/min,在虛擬試件一端中心處進行加載，記錄加載過程中貫入墻體上的力-豎向位移全曲線，并根據下式計算貫入強度和抗剪強度，

R_τ＝f·σ_p (4.2)

式中：R_τ——抗剪強度，MPa；

σ_p——貫入強度，MPa；

F——試件破壞時的極限荷載，N；

A——壓頭橫截面面積，mm²；

f——剪應力系數，對直徑150mm的試件，f＝0.35；

b)所述的低溫下的劈裂試驗模型的力學性能指標的計算步驟為：

根據所選集料級配，采用三維離散元軟件PFC3D，以集料為多邊形的模式，隨機生成3D虛擬貫入試驗圓柱形試件幾何模型，試件尺寸為標準馬歇爾試件尺寸，即賦予粘聚帶接觸粘結模型,并通過實驗確定模型在-10℃時的材料參數，采用寬度為12.7mm的模擬壓條的墻體，利用墻體對試件側面一端進行1mm/min的速率加載劈裂直至破壞，記錄加載過程中的荷載—變形全曲線，并按式(2.1)計算劈裂抗拉強度；

R_T＝0.006287P_T/h (2.1)

式中:R_T——劈裂抗拉強度，MPa；

P_T——試驗荷載的最大值，N；

h——試件高度，mm；

c)所述的單軸壓縮試驗模型的力學性能指標的計算步驟為：

根據所選集料級配，采用顆粒流離散元軟件PFC3D，以集料為多邊形的模式，隨機生成3D虛擬貫入試驗圓柱形試件幾何模型，試件尺寸為賦予伯格斯接觸粘結模型，并通過實驗確定模型在30℃時的材料參數，分別在試件頂端和底端生成墻體，使用上墻體對試件施加荷載，下墻體固定；

抗壓強度試驗：以2mm/min的加載速率均勻加載直至虛擬試件破壞，讀取荷載峰值P，并按式(3.1)計算抗壓強度；

式中：R_c——試件的抗壓強度，MPa；

P——試件破壞時的最大荷載，N；

d——試件直徑，mm；

抗壓回彈模量試驗：以2mm/min的加載速率分別在荷載為0.1P、0.2P、0.3P、0.4P、0.5P、0.6P、0.7P時對虛擬試件進行加載并以相同速度進行卸載回零，得到各級荷載的回彈變形ΔL_i，并按式(3.2)(3.3)計算抗壓回彈模量；

式中：q_i——相應于各級試驗荷載P_i作用下的壓強,MPa；

P_i——施加于試件的各級荷載，N；

E——抗壓回彈模量，MPa；

q₅——相應于第5級荷載0.5P時的荷載壓強，MPa；

h——試件軸心高度，mm；

ΔL₅——相應于第5級荷載0.5P時經原點修正后的回彈變形，mm；

d)所述的剪切疲勞試驗模型的力學性能指標的計算步驟為：

根據所選集料級配，采用顆粒流離散元軟件PFC3D，以集料為多邊形的模式，隨機生成3D虛擬貫入試驗圓柱形試件幾何模型，試件尺寸為賦予伯格斯接觸粘結模型，并通過實驗確定模型在30℃時的材料參數，采用直徑為42mm的模擬鋼制貫入壓頭的墻體，以加載速率為1mm/min,在虛擬試件一端中心處進行加載，設試件破壞時的極限荷載為F，取加載力為0.2F；即以一次加載即達到0.2F的瞬時速度加載卸載，反復多次，直至所建模擬試件破壞,記錄整個加載過程中的加載次數N；

2)對多種級配的力學性能評價結果進行比較，得到力學性能最優的級配；

引入無量綱參數瀝青混合料級配優化系數HK來表征不同溫域下瀝青混合料級配的合理性，得到力學性能最優的級配；無量綱參數瀝青混合料級配優化系數HK的詳細表達式如下：

HK＝ax₁+bx₂+cx₃+dx₄

其中，x₁表示x₂表示x₃表示x₄表示

——所選不同級配的抗剪強度的算數平均值，即n為所選級配的個數，MPa；

——所選不同級配的劈裂抗拉強度的算數平均值，即n為所選級配的個數，MPa；

——所選不同級配的抗壓回彈模量的算數平均值，即n為所選級配的個數，MPa；

——所選不同級配的加載次數的算數平均值,即n為所選級配的個數。