[發(fā)明專利]一種應用3D打印技術輔助路面表面構造設計的方法

有效

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• 申請日: 2017-05-09
• 公開（公告）號: CN107330135B
• 公開（公告）日: 2020-09-22
• 發(fā)明（設計）人: 王端宜;粱遐意
• 申請（專利權）人: 華南理工大學
• 主分類號: G06F30/13
• 分類號: G06F30/13;G06F30/20;G01N1/28;B33Y80/00;G06F113/10
• 代理公司: 廣州粵高專利商標代理有限公司 44102
• 代理人: 何淑珍

本發(fā)明公開了一種應用3D打印技術輔助路面表面構造設計的方法，包括步驟：（1）根據表面構造設計研究需要選擇滿足瀝青路面面層技術要求的集料；（2）確定混合料類型和集料級配范圍；（3）生成大批量的虛擬試件；（4）評價所述虛擬試件的表面輪廓特征；（5）通過3D打印機按照模型復制和定制試件；（6）通過加速加載模擬試驗測試試件的抗滑和噪音；（7）得出滿足路面表面構造需要的最佳配合比；（8）跟蹤檢測試驗段路面的抗滑和噪音水平，進行工程評價。本發(fā)明可節(jié)省大量室內外試驗所需要的人力物力資源和時間，可復制與打印特定表面輪廓特征的試件進行試驗設計，并使路面表面構造優(yōu)化設計成為可能，具有顯著的技術、經濟和社會效益。

技術領域

本發(fā)明涉及到應用3D打印技術輔助路面表面構造設計的方法，屬于道路結構設計領域。

背景技術

路面的表面功能在很大程度上取決于路面的表面構造，直接影響路面的行駛安全和舒適性，如抗滑和噪音等。因此，設計合適的路面表面構造是非常重要的。由于缺乏必要的手段和方法，以往的路面并沒有針對表面構造進行專門的設計，而只是根據經驗對表面抗滑和構造深度提出一些簡單的限制性指標。這樣的設計過程不能滿足現代化道路對路面安全、快速、舒適和環(huán)保的要求。

已有的研究指出，路面抗滑和噪音的機理非常復雜，影響因素不僅僅是構造深度的大小，構造深度的分布和變化都對路面的抗滑和噪音有重要的影響。然而，僅僅依靠室內成型試件或實際路面采樣的方式實現簡單工況和可控條件的路面抗滑和噪音模擬試驗是相當困難的，更談不上開展路面表面構造的優(yōu)化設計。為此，本發(fā)明提出應用3D打印技術輔助路面表面構造設計的方法。本方法可以節(jié)省大量室內外試驗所需要的人力物力資源和時間，可復制與打印特定表面輪廓特征的試件進行試驗設計，并使路面表面構造優(yōu)化設計成為可能。

發(fā)明內容

本發(fā)明克服現有技術的缺陷，提供一種應用3D打印技術輔助路面表面構造設計的方法。

本發(fā)明技術方案如下：

一種應用3D打印技術輔助路面表面構造設計的方法，包括如下步驟：

（1）根據表面構造設計研究需要，通過集料試驗來評價集料的質量技術指標，選擇滿足瀝青路面面層技術要求的集料；

（2）確定混合料類型和集料級配范圍；

（3）采用蒙特卡洛算法，在混合料級配范圍內，利用顆粒流軟件生成大批量的虛擬試件；

（4）評價所述虛擬試件的表面輪廓特征；

（5）選擇一些有代表性輪廓特征的虛擬試件模型，將試件模型輸入3D打印機，再選擇合適的打印材料裝入3D打印頭，按照模型復制和定制試件；

（6）通過加速加載模擬試驗測試試件的抗滑和噪音以及抗滑和噪音水平隨荷載作用次數的變化；

（7）通過加速加載試驗數據分析，篩選出滿足路面抗滑和噪音構造需求的試件，得出滿足路面表面構造需要的最佳配合比；

（8）按照試件混合料最佳配合比開展試驗段工程，跟蹤檢測試驗段路面的抗滑和噪音水平，進行工程評價。

進一步地，步驟（1）中，所述集料通過篩分、壓碎值、顆粒棱角性集料試驗評價集料的質量技術指標。

進一步地，步驟（1）中，所述混合料類型包括AC、SMA、OGFC。

進一步地，步驟（4）中，采用功率譜密度或分形理論方法評價所述虛擬試件的表面輪廓特征。

進一步地，步驟（5）中，所述合適的打印材料為類型與瀝青混合料力學性質相同或相類似的材料。

與現有技術相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)勢 ：