[發(fā)明專利]一種瀝青混合料數(shù)值模型隨機(jī)生成方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710896538.9
• 申請日: 2017-09-28
• 公開（公告）號: CN107766623A
• 公開（公告）日: 2018-03-06
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 謝軍;楊友鋼
• 申請（專利權(quán)）人: 長沙理工大學(xué)
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 長沙正奇專利事務(wù)所有限責(zé)任公司43113
• 代理人: 馬強(qiáng),王娟

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及瀝青混合料數(shù)值模擬建模領(lǐng)域，特別是一種瀝青混合料數(shù)值模型隨機(jī)生成方法。

背景技術(shù)

瀝青混合料內(nèi)部結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜，它是一種由集料、瀝青和空隙組成多相復(fù)合材料。要進(jìn)行數(shù)值模擬，需要解決的首要問題就是如何建立一種能夠反映瀝青混合料內(nèi)部特征的數(shù)值模型。目前關(guān)于瀝青混合料建模的方法主要有：

一、傳統(tǒng)的瀝青混合料數(shù)值模型獲取的方法通常是通過數(shù)碼相機(jī)對混合料表面或切割后的試件截面進(jìn)行拍照，或者利用工業(yè)CT對瀝青混合料試件進(jìn)行斷層掃描，然后通過相關(guān)數(shù)字圖像處理技術(shù)，如圖像增強(qiáng)技術(shù)、圖像分割技術(shù)、圖像邊緣檢測技術(shù)等獲取混合料試件的二值圖，并進(jìn)行數(shù)字重構(gòu)得到混合料試件的數(shù)值模型。這種方法雖然能夠得到與真實試件匹配度很高的數(shù)字模型，但是卻有如下缺點：試驗要求高、成本高以及無法實現(xiàn)某些情況下的模擬要求等。

二、直接建模法

這種方法的缺點是把混合料看成均質(zhì)體，與實際情況不符。

三、隨機(jī)重構(gòu)生成方法，

雖然目前這種方法已經(jīng)取得了很大的成果，但是目前的算法卻存在以下缺陷，即在集料生成算法上，會有切割面平行或產(chǎn)生重合等問題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是，針對現(xiàn)有技術(shù)不足，提供一種瀝青混合料數(shù)值模型隨機(jī)生成方法，反映瀝青混合料不規(guī)則形狀粗集料、礦料級配、瀝青砂漿以及空隙分布的瀝青混合料三維離散元數(shù)值模型的隨機(jī)生成，充分體現(xiàn)集料的棱角特性同時避免切割面平行或者重合的問題。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：一種瀝青混合料數(shù)值模型隨機(jī)生成方法，包括以下步驟：

1)隨機(jī)生成不規(guī)則多面體集料；

2)利用所述不規(guī)則多面體集料，生成瀝青混合料數(shù)值模型。

步驟1)的具體實現(xiàn)過程包括：

A)在多面體內(nèi)填充規(guī)則排列的小粒徑離散單元；

B)生成多個隨機(jī)平面以隨機(jī)切割正方體，得到不規(guī)則多面體區(qū)域；

C)判斷小粒徑離散單元形心位置與步驟B)得到的多面體區(qū)域的相對位置，將屬于所述多面體區(qū)域內(nèi)部的小粒徑離散單元作為不規(guī)則多面體集料部分。

步驟A)中，所述正方體邊長與所述多面體集料粒徑相等；所述正方體的數(shù)學(xué)方程式如下：

其中，(x₀，y₀，z₀)為正方體形心O的坐標(biāo)；2R為正方形邊長；(x，y，z)為正方體內(nèi)任意點的坐標(biāo)。

步驟B)中，所述隨機(jī)平面?zhèn)€數(shù)為8個；步驟B)的具體實現(xiàn)過程包括以下步驟：

a)隨機(jī)生成每個象限切割平面的一個法向量(n_j1，n_j2，n_j3)，j取值為1～8；n_j1，n_j2，n_j3計算式如下：

t₁＝cos(α)

t₂＝sin(α)

t₃＝cos(β)；

n_j1＝t₁/tt

n_j2＝t₂/tt

n_j3＝t₃/tt

其中，urand為隨機(jī)函數(shù)，取值范圍為(0，1)；int為取整函數(shù)；α為水平平面內(nèi)空間一條線與x軸夾角；β為水平平面內(nèi)空間一條線與z軸的夾角；t₁，t₂，t₃是空間一條線與x、y、z坐標(biāo)軸夾角余弦；

b)求解正方體形心到切割平面的距離d：d＝R×q；其中，q為切割控制系數(shù)；

c)根據(jù)距離d和法向量(n_j1，n_j2，n_j3)，得到過正方體形心O與切割面垂直連線交點M_c(x_c，y_c，z_c)的坐標(biāo)如下：

x_c＝x₀+d×n_j1

y_c＝y(tǒng)₀+d×n_j2；

z_c＝z₀+d×n_j3