[發明專利]一種考慮集料特征的三維隨機數字試件生成方法

在審

• 申請號: 201711057858.1
• 申請日: 2017-11-01
• 公開（公告）號: CN109753667A
• 公開（公告）日: 2019-05-14
• 發明（設計）人: 李崛;錢國平;白獻萍
• 申請（專利權）人: 長沙理工大學
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明公開了一種考慮集料特征的三維隨機數字試件生成方法，步驟為：通過數字圖像技術或人工測量的方法，獲取集料特征及統計參數；建立與指定粒徑球體相內接的單個集料基本模型；通過編寫函數設置隨機平面，對基本模型進行平面切割，以獲得更加復雜的集料空間結構；采用Gen均勻算法投放級配顆粒，并利用不規則集料進行替換；將不規則集料依次投放，并進行多次循環使粗集料堆積體達到指定高度；生成規則排列(相互接觸但不重疊)顆粒，重構三相隨機數字試件。本發明提供的一種三維隨機數字試件生成方法，以集料特征和正態統計結果作為現實基礎，利用簡單集料模型和切割算法可以非常便捷、有效地實現三維不規則集料的投放，并結合瀝青混合料的三相組分原理，可以構建出符合真實瀝青混合料的細觀結構。

技術領域

本發明涉及瀝青混合料三維離散元仿真技術，尤其涉及一種考慮集料特征的三維隨機數字試件生成方法。

背景技術

瀝青混合料不是傳統力學所假定的均質材料，作為一種多相材料，其力學性質應由各組分(集料、瀝青砂漿和空隙等)的性質和特征共同決定。其中，集料具有復雜的幾何形狀，目前技術成果也多集中于此，但是其生成算法很少引入真實集料特征的相關性參數，從而導致模型構建與實際情況仍存在一定差距。同時，建立細致入微的集料網絡模型需要數目眾多的細小單元，勢必會大大增加運行所需內存，在現有計算機條件下這種方法不可取，因此還需對集料特征參數和混合料模型進行適當簡化。

發明內容

本發明的目的在于克服上述技術中存在的不足，提供一種考慮真實集料特征(投影面多邊形和長短軸率)的瀝青混合料數字試件生成方法，能夠快速、有效地模擬瀝青混合料三相空間結構和力學性能。

為實現上述目的，本發明采用的技術方案為：

一種考慮集料特征的三維隨機數字試件生成方法，包括以下步驟：

步驟1，通過數字圖像技術或人工測量的方法，獲取集料特征及統計參數。

步驟2，建立與指定粒徑球體相內接的單個集料基本模型。

步驟3，通過編寫函數設置隨機平面，對基本模型進行平面切割，以獲得更加復雜的集料空間結構。

步驟4，采用Gen均勻算法投放級配顆粒，并利用不規則集料進行替換。

步驟5，通過步驟4將不規則集料依次投放，并進行多次循環使粗集料堆積體達到指定高度。

步驟6，生成規則排列(相互接觸但不重疊)顆粒，重構三相隨機數字試件。

進一步的，在步驟1中獲得的不同粒徑區間的集料特征包括特征投影面的多邊形邊數和集料的長短軸率，并對統計結果進行正態曲線回歸得到特征參數。

進一步的，在步驟2中所假定集料的基本模型為以正方形為底面的長方體，其正方形邊長可通過集料最大粒徑和填充單元半徑關系利用均勻分布隨機確定，而模型的高則采用高軸比的正態分布函數來決定。

進一步的，在步驟3中進行一次切割可得到五邊形投影面，若重復切割步驟則可得到具有六邊形、七邊形和八邊形的集料投影平面，通過對每次隨機數θ的取值范圍進行控制，經測試表明需各隨機數均相差至少0.1，以保證每次切割的有效性。

進一步的，在步驟4中所述替換方法是，首先導出各球的坐標，然后通過編制程序用由步驟2和步驟3得到的不規則集料替代已生成的球體，其中集料位置由其基本單元的內接球的球心來確定，可旋轉一定角度。

進一步的，在步驟5中的集料堆積體預設投放空間應為指定試件高度的2.0～3.0倍，控制上部墻體對試件進行壓縮，直至達到預設試件高度，并通過其接觸平均接觸力小于0.01kN來判斷試件平衡。