[發(fā)明專利]一種路面材料骨架結構的逆向三維重構與實體建模方法

有效

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• 申請日: 2017-08-18
• 公開（公告）號: CN107644121B
• 公開（公告）日: 2020-07-31
• 發(fā)明（設計）人: 李洛克;保亮;趙成俊;張龍飛;李曉琴
• 申請（專利權）人: 昆明理工大學
• 主分類號: G06F30/13
• 分類號: G06F30/13;G06T17/00;B29C64/386;B33Y50/00;B29K95/00
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本發(fā)明涉及一種路面材料骨架結構的逆向三維重構與實體建模方法，屬于建筑工程技術領域。本發(fā)明包括步驟：試驗集料的三維掃描；試驗集料的3D打印；微型無線微慣性傳感器的安裝；含3D打印集料的混合料制備；點云坐標系的建立；點云坐標系的轉換重建；三維實體重構建模；數(shù)值模擬分析。本發(fā)明能較真實的模擬混合料的實際情況，有效地研究混合料級配對混合料骨架結構的影響，為評價粗集料是否形成穩(wěn)定的骨架結構提供新方法。

技術領域

本發(fā)明涉及一種路面材料骨架結構的逆向三維重構與實體建模方法，屬于建筑工程技術領域。

背景技術

早期研究中，為解決具體工程問題，研究者們多從宏觀角度入手，以經驗指標判定粗集料是否形成骨架。但工程實踐表明，瀝青混合料的宏觀力學性能受其細觀結構特征影響。因此，采用宏觀尺度上的性能平均統(tǒng)計指標，無法準確地判定粗集料是否形成穩(wěn)定的骨架結構。近年來，隨著計算機與測試分析技術的發(fā)展，研究者運用數(shù)字圖像處理技術對骨架的細觀結構特征開展了大量研究工作。其中，二維數(shù)字圖像處理利用瀝青混合料試件的切片斷面圖像，獲取骨架的細觀結構信息，結合有限元、離散元等方法可對集料骨架的細觀力學行為進行數(shù)值分析，但是二維數(shù)字圖像處理技術無法描述骨架結構的三維空間信息，因此具有局限性；隨著X-ray CT無損檢測技術的發(fā)展，計算機層析掃描三維重建技術被引入瀝青混合料細觀結構研究領域，不僅可獲取混合料內部結構的三維特征信息，還可識別混合料在荷載作用前后內部的細微變化，精細化地分析骨架結構在細觀層次上的力學行為，但是X-ray CT技術目前可探測的試件尺寸有限，使用成本偏高，集料的識別與分離精度影響顆粒接觸狀態(tài)分析等因素，限制了該無損檢測重構技術手段在路面材料研究及公路建設領域的推廣服務范圍。

發(fā)明內容

本發(fā)明提供了一種路面材料骨架結構的逆向三維重構與實體建模方法，本方法能較真實的模擬混合料的實際情況，有效地研究混合料級配對混合料骨架結構的影響，以用于準確的判斷瀝青混合料內部是否形成穩(wěn)定的、路用性能優(yōu)良的骨架結構。

本發(fā)明的技術方案是：一種路面材料骨架結構的逆向三維重構與實體建模方法，包括如下幾個步驟：試驗集料的三維掃描；試驗集料的3D打印；微型無線微慣性傳感器的安裝；含3D打印集料的混合料制備；點云坐標系的建立；點云坐標系的轉換重建；三維實體重構建模；數(shù)值模擬分析。

所述方法的具體步驟如下：

A、試驗集料的三維掃描；

應用非接觸式三維激光掃描儀對試驗用粗集料顆粒進行掃描，獲得反映集料表面特征信息的高密度點云；應用逆向工程軟件Imageware對三維點云數(shù)據(jù)進行處理，利用邊界線與點云擬合成集料的曲面模型；在UG設計軟件里通過曲面縫合與布爾運算，完成對粗集料顆粒的逆向三維實體建模；對后續(xù)試驗中制備混合料試件用的每顆粗集料進行實體建模，編號后存入數(shù)據(jù)庫；

B、試驗集料的3D打印；

根據(jù)粗集料的路用質量技術要求，采用3D打印機導入集料的數(shù)字化模型，配以3D打印原材料制備3D打印集料樣品；

所述步驟 B 中所述3D打印原材料，是一種采用無機材料粉末、高硬度砂、纖維、黏結劑、增韌劑基礎材料調配形成的，壓碎值、磨耗損失、堅固性、磨光值及粘附性試驗指標均符合粗集料的路用質量技術要求的復合材料。

C、微型無線微慣性傳感器的安裝；

首先將3D打印集料的一側切開，之后將微型無線微慣性傳感器置于其內部，然后用環(huán)氧樹脂對其進行連接處理，各個粗集料內部的微型無線微慣性傳感器都已進行編號，與粗集料的編號分別對應；

D、含3D打印集料的混合料制備；

將安裝好微型無線微慣性傳感器的3D打印集料替換原來的粗集料，將其與其它試驗材料調配制備形成混合料；

E、點云坐標系的建立；