[發明專利]一種瀝青混合料細觀有限元建模方法及其應用

在審

• 申請號: 202010017102.X
• 申請日: 2020-01-08
• 公開（公告）號: CN111222276A
• 公開（公告）日: 2020-06-02
• 發明（設計）人: 湯文;胡秋悅;王歡
• 申請（專利權）人: 武漢科技大學
• 主分類號: G06F30/23
• 分類號: G06F30/23;G06F119/14
• 代理公司: 武漢科皓知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 42222
• 代理人: 李煒

本發明公開了一種瀝青混合料細觀有限元建模方法，包括以下步驟：(1)制備瀝青混合料試件；(2)對試件的橫截面拍照得到橫截面照片；(3)對照片進行圖像處理得到黑白圖像；(4)利用數據處理軟件的提取邊界命令提取骨料顆粒的輪廓；(5)將分離的骨料顆粒重新生成輪廓清晰的圖像；(6)提取圖像輪廓轉換為命令流；(7)將命令流文件導入有限元軟件中，生成有限元模型；(8)將生成的有限元模型根據其自身特性賦予材料屬性即得。本發明以真實的試件為基礎建模，通過將試件照片圖像處理，再將其轉化為命令流以能夠直接導入到有限元軟件中，能夠有效區分試件組，提高容錯率，利于批處理，模型更接近真實，用于力學計算可靠性更高。

技術領域

本發明涉及道路仿真計算領域，特別涉及瀝青混合料細觀有限元建模方法。

背景技術

瀝青路面早期破壞一直是工程界的一大難題，而瀝青路面研究的難點是其黏彈特性導致的。現有的黏彈性本構模型若要滿足實際道路黏彈特性需要特別多的參數來表達，導致計算困難；通常采用有限元軟件模擬求解，在此過程中多用勻質的矩形或立方體來簡化真實的瀝青混合料或瀝青路面。為了得到更接近真實解的計算結果，應該建立含有骨料顆粒和瀝青砂漿的多相模型。而現有的有限元建模方法中采用圖像接口轉化直接導入，在導入過程中由于圖片的信息比較豐富，軟件對于圖像中涉及到的骨料和膠漿的識別會出現在顏色相似的地方由于難以區分邊界而識別出錯。且對圖象格式的要求極其不常見，在轉換中可能出現問題。除此以外，在圖像批量導入和處理過程中計算量過大導致導入速度慢，費時，且容易出錯，極大影響穩定性和計算效率。

發明內容

為了解決上述技術問題，本發明提供一種瀝青混合料細觀有限元模型方法。該方法首先將試件照片經二值化處理得到黑白圖像，然后提取骨料顆粒的輪廓，接著將輪廓重新生成清晰的圖像，再將其轉化為命令流以能夠直接導入到有限元軟件中，能防止由于接口問題導致的圖片直接導入錯誤，整個過程只需要進行一次圖片處理，并重新輪廓清晰的圖像，能有效區分試件組分，容錯率更高，大幅降低直接導入原始圖片的錯誤，降低導入和處理時間。再在該基礎上進行各組分的建模能夠得到更接近真實的模型，用于力學計算可靠性更高。

本發明提供的技術方案如下：

一種瀝青混合料細觀有限元建模方法，包括以下步驟：

(1)制備瀝青混合料試件；

(2)對試件的橫截面拍照得到橫截面照片；

(3)對照片進行圖像處理得到黑白圖像；

(4)利用數據處理軟件的提取邊界命令提取骨料顆粒的輪廓；

(5)將分離的骨料顆粒生成輪廓清晰的圖像；

(6)提取圖像輪廓轉換為命令流，生成有限元軟件能夠識別的命令文件；

(7)將命令文件導入有限元軟件中，利用布爾運算，生成對應的有限元模型；

(8)將生成的有限元模型根據其自身特性賦予材料屬性即得。

優選的，所述步驟(1)中瀝青混合料試件的按照《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規程》(JTG E20-2011)中規定的瀝青混合料試件制作要求制作。更優選的為采用馬歇爾試件。

優選的，所述步驟(3)中圖像處理方法包括MATLAB中的腐蝕、濾波和閾值分割的方法。

進一步，所述步驟(3)中黑白圖像中黑色部分為砂漿，白色部分為骨料。

進一步，所述砂漿包括細集料和瀝青膠漿，其中細集料的粒徑小于2.36mm。

進一步，所述步驟(4)中提取骨料顆粒的輪廓的方法如下：將步驟(3)得到的黑白圖像利用MATLAB進行開運算，使集料邊界圓滑；用邊界提取命令提取骨料顆粒的輪廓得到各個骨料顆粒的輪廓圖像。優選的，邊界提取使用edge函數進行。