[發明專利]集料顆粒模型生成算法及非均質混合料試件模型生成方法

有效

• 申請號: 201710446911.0
• 申請日: 2017-06-14
• 公開（公告）號: CN107368624B
• 公開（公告）日: 2021-03-26
• 發明（設計）人: 馬濤;崔凱;丁珣昊;胡鵬森;曹雯
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: G06F30/23
• 分類號: G06F30/23;G06F30/25;G06F113/26
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 吳飛

本發明公開一種集料顆粒模型生成算法及非均質混合料試件模型生成方法，其中，該集料顆粒模型生成算法包括如下步驟：先隨機生成一個大于3的正整數N作為初始多邊形的邊數，在極徑和極角范圍內隨機生成N對極坐標；將每個極坐標轉換為直角坐標，并調整多邊形縱橫比使之滿足集料顆粒模型縱橫比；然后調整多邊形寬度使之滿足集料顆粒模型目標寬度；最后調整多邊形長軸與X軸夾角以實現集料顆粒模型角度的隨機性，生成單個集料顆粒模型。本發明的非均質混合料試件模型生成方法基于集料顆粒模型生成算法，在不需要對瀝青混合料試件進行圖像處理的前提下，高效快速而且更加準確地生成可用于有限元計算的非均質混合料模型。

技術領域

本發明涉及一種集料顆粒模型的生成算法及基于該算法的非均質混合料試件模型生成方法，屬于道路工程技術領域。

背景技術

瀝青混合料是以道路石油瀝青為膠結材料，以一定比例的礦粉、碎石等作為填料所拌合而成的一種復合建筑材料。雖然瀝青混合料是一種復合材料，但是傳統的瀝青混合料設計方法并沒有充分考慮混合料各組分性質對復合材料整體性能的影響，而是將其視為一種各向同性的均質體。然而骨料的級配、幾何形狀、力學性質等會不同程度得影響瀝青混合料的整體性能，并最終影響路面使用壽命。因此，將瀝青混合料視為非均質復合材料進行研究，能夠優化設計方法，進而提高路面性能。

為了解決以上問題，世界各國已經提出許多方法。這些方法大致分為兩種思路：一是基于圖像處理技術，如CT掃描技術，對瀝青混合料試件切片進行掃描，得到截面集料與瀝青的平面分布圖像，進而處理得到可以用于有限元計算的非均質混合料平面模型。此種方法操作較為復雜，成本較高，而且必須基于已有的瀝青混合料試件，無法提供一個完全數字化的虛擬實驗系統。另外一種方法為根據油石比、孔隙率、骨料級配等材料屬性直接生成瀝青混合料數字試件。但是目前該方法算法復雜，而且生成的數字集料模型形態特征與實際差距較大，時間成本較高。

因此，在已有技術的基礎上，本發明提出一種集料顆粒模型的生成算法，并基于該算法提出一種非均質混合料試件模型生成方法，在不需要對瀝青混合料試件進行圖像處理的前提下，高效快速而且更加準確地生成非均質混合料模型，進而利用有限元軟件對其進行相關計算。

發明內容

發明目的：針對現有技術中存在的問題，本發明提供一種集料顆粒模型的生成算法，并基于該算法提供一種非均質混合料試件模型的生成方法。

技術方案：本發明所述的一種集料顆粒模型的生成算法，包括下述步驟：

(1)隨機生成一個大于3的正整數N作為初始多邊形的邊數，在極徑和極角范圍內隨機生成N對極坐標、分別代表隨機多邊形的N個頂點；

(2)將隨機多邊形頂點極坐標轉換為直角坐標，并調整多邊形縱橫比使之滿足集料顆粒模型縱橫比；

(3)調整多邊形寬度使之滿足集料顆粒模型目標寬度；

(4)調整多邊形長軸與X軸夾角以實現集料顆粒模型角度的隨機性，生成單個集料顆粒模型。

上述集料顆粒模型的生成算法可生成二維集料顆粒模型或三維集料顆粒模型。

以生成二維集料顆粒模型為例，本發明的一種集料顆粒模型的生成算法中各步驟具體如下：

步驟(1)中，在極徑(L1，L2)范圍，極角(0，2π)范圍內隨機生成N對極坐標，并按照極角從小到大排序；在極角小于π且最接近π的極坐標后插入一對極坐標(L2，π)，并在最后一對極坐標后插入一對極坐標(L2，2π)。

步驟(2)中，調整多邊形縱橫比的方法為：設定集料顆粒模型目標縱橫比為ratio_target，多邊形目前縱橫比為ratio_current，各頂點坐標為(X，Y)，調整多邊形所有頂點縱坐標，使之與ratio_target相等，調整過程中橫坐標X保持不變，縱坐標Y根據式(1)調整：