[發明專利]一種瀝青混合料的半圓彎曲數值試驗方法

有效

• 申請號: 201711454839.2
• 申請日: 2017-12-27
• 公開（公告）號: CN108181185B
• 公開（公告）日: 2020-04-24
• 發明（設計）人: 任皎龍;賈致榮;張世義
• 申請（專利權）人: 山東理工大學
• 主分類號: G01N3/20
• 分類號: G01N3/20;G01N1/28
• 代理公司: 北京超凡志成知識產權代理事務所(普通合伙) 11371
• 代理人: 李進

1.一種瀝青混合料的半圓彎曲數值試驗方法，其特征在于，所述數值試驗方法包括如下步驟：

(A)測定瀝青混合料基本參數，根據所述基本參數在PFC^2D平臺上建立物理模型，得到瀝青混合料模擬試件；

所述基本參數包括不同規格粗集料的密度、瀝青砂漿的密度、瀝青混合料的密度和瀝青混合料的配合比；所述的粗集料是指瀝青混合料中粒徑大于1.18mm的集料；所述的瀝青砂漿是由瀝青、礦粉和粒徑小于1.18mm的集料組成的；所述的瀝青混合料配合比是指瀝青混合料孔隙率、瀝青混合料中瀝青砂漿質量百分比和瀝青混合料中各規格粗集料的分計篩余百分率；

所述物理模型通過在PFC^2D平臺建立封閉區域，在所述封閉區域內建立母體顆粒和子顆粒，然后根據所述母體顆粒和所述子顆粒生成粗集料模塊、瀝青砂漿模塊和瀝青孔隙模塊，接著利用PFC^2D內置命令“delete”刪除所述封閉區域的兩片水平墻體和兩片豎直墻體，最后根據半圓彎曲室內試驗對試件尺寸的要求，利用PFC^2D內置命令“delete”刪除所述封閉區域內多余的子顆粒，得到瀝青混合料物理模型；

(B)賦予所述瀝青混合料模擬試件微力學參數，并且描述所述瀝青混合料模擬試件的力學特性；

所述微力學參數包括粗集料的泊松比、粗集料的彈性模量、瀝青砂漿的動態模量和瀝青砂漿的相位角；

(C)在PFC^2D平臺中模擬半圓彎曲室內試驗的加載裝置和加載過程，得到應力與位移的關系曲線；

所述的母體顆粒按以下步驟生成：根據所述封閉區域面積、瀝青混合料配合比、瀝青混合料密度、瀝青砂漿密度和不同規格粗集料密度計算第i種規格粗集料的二維映射面積S_i，見式(1)；利用PFC^2D內置命令“ball”在所述封閉區域中生成圓顆粒，并使之符合第i種規格粗集料的粒徑要求；當生成顆粒的總面積達到S_i時，停止顆粒生成，這些圓顆粒即為第i種規格粗集料的母體顆粒；

所述母體顆粒生成后，通過PFC^2D內置命令“array”存儲每個母體顆粒的圓心坐標、半徑、編號，利用PFC^2D內置命令“delete”刪除上述母體顆粒；

所述二維映射面積S_i采用公式(1)計算得到：

式中，S_i為第i種規格粗集料的二維映射面積，cm²；p為瀝青混合料的孔隙率，％；ρ為瀝青混合料的密度，g/cm³；H為所述封閉區域豎直墻體的長度，cm；ρ_m為瀝青砂漿的密度，g/cm³；q：瀝青砂漿在瀝青混合料中的質量百分比，％；P_i為第i種規格粗集料的分計篩余百分率，％；ρ_i為第i種規格粗集料的密度，g/cm³；

其中，i為大于0的自然數；

所述子顆粒通過PFC^2D內置命令“generate”在所述封閉區域內生成并且布滿封閉區域，所述子顆粒的直徑為1mm；

所述粗集料模塊的生成包括如下步驟：

(a)通過PFC^2D內置命令“b_id”搜索第i種規格的粗集料中編號為t的母體顆粒的圓心坐標和半徑，然后計算出編號為t的母體顆粒對應的粗集料的頂點坐標，得到編號為t的母體顆粒對應的粗集料的頂點，所述頂點坐標通過公式(2)-(5)計算得到；

(b)通過PFC^2D內置命令“line”連接各所述頂點，得到多邊形區域；

(c)通過PFC^2D內置命令“cluster”將所述多邊形區域內的子顆粒組合成多邊形粗集料，得到粗集料模塊；

(d)按(a)～(c)所述步驟將第i種規格粗集料的所有母體顆粒信息轉換為相對應的粗集料模塊，從而完成第i種規格粗集料模塊的生成；

r_i,t,c＝R_i,t+(2λ_i,t,c-1)R_i,min (3)

x_i,t,c＝x_i,t+r_i,t,ccosθ_i,t,c (4)

y_i,t,c＝y_i,t+r_i,t,csinθ_i,t,c (5)

式中：n_i,t為第i種規格粗集料中編號為t的母體顆粒對應的粗集料的邊數，并且n_i,t為不小于4且不大于8的隨機自然數；θ_i,t,c為第i種規格粗集料中編號為t的母體顆粒對應的粗集料的第c個頂點坐標的極角弧度，rad；r_i,t,c為第i種規格粗集料中編號為t的母體顆粒對應的粗集料的第c個頂點坐標的極半徑長度，cm；R_i,t為第i種規格粗集料中編號為t的母體顆粒的半徑，cm；R_i,min為第i種規格粗集料的粒徑下限，cm；λ_i,t,c、η_i,t,c和δ_i,t,c用于確定第i種規格粗集料中編號為t的母體顆粒對應的粗集料的第c個頂點的坐標信息的隨機數，大于0且小于1；x_i,t,c為第i種規格粗集料中編號為t的母體顆粒對應的粗集料的第c個頂點的x軸坐標，cm；x_i,t為第i種規格粗集料中編號為t的母體顆粒圓心的x軸坐標，cm；y_i,t,c為第i種規格粗集料中編號為t的母體顆粒對應的粗集料的第c個頂點的y軸坐標，cm；y_i,t為第i種規格粗集料中編號為t的母體顆粒圓心的y軸坐標，cm；

其中，i和t為大于0的自然數，c＝1,2,…,n；

所述瀝青砂漿模塊通過PFC^2D內置命令“cluster”將不屬于任何粗集料模塊的子顆粒組合為一個整體，得到瀝青砂漿模塊；

所述瀝青孔隙模塊通過PFC^2D內置命令“random delete”在所述瀝青砂漿模塊中刪除b個子顆粒，得到瀝青孔隙模塊；b通過公式(6)計算得到：

式中，int為將一個數值向下取整為最接近的整數的函數；p為瀝青混合料的孔隙率，％；H為所述封閉區域豎直墻體的長度，cm。