[發明專利]一種含有連通孔隙的瀝青混凝土截面模擬方法

有效

• 申請號: 202110538273.1
• 申請日: 2021-05-17
• 公開（公告）號: CN113343517B
• 公開（公告）日: 2022-11-18
• 發明（設計）人: 張磊;莫振輝;周松;張豐雷;李晨陽;程翻番;周仲昂
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: G06F30/23
• 分類號: G06F30/23;G06F111/10
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 石艷紅

1.一種含有連通孔隙的瀝青混凝土截面模擬方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟S1、獲取原始孔隙邊界信息，包括如下步驟：

步驟S1.1、獲取連通孔隙：從已有瀝青混合料的截面圖中，識別并獲取原始的連通孔隙；連通孔隙包括左邊界和右邊界；

步驟S1.2、建立坐標系：以步驟S1.1獲取的連通孔隙的左下方任意一點為坐標原點，以過坐標原點的水平方向為x軸，以過坐標原點的垂直水平方向為y軸，建立平面坐標系；

步驟S1.3、獲取點位信息：從連通孔隙底部開始，沿y軸按等間距Δy將連通孔隙的左邊界和右邊界均劃分為N個點位，且從下至上依次進行編號，編號順序為從1開始的自然數；其中，N為自然數；其中，左邊界上第i個點位P_i^l的橫縱坐標為右邊界上第i個點位P_i^r的橫縱坐標為

步驟S2、分割連通孔隙，包括如下步驟：

步驟S2.1、以左邊界為研究對象，計算將左邊界上第i點位與第i+1點位的連線，稱為線段則為左邊界上線段與水平x軸之間的夾角，具體計算方法為：

式中，為左邊界上第i+1個點位的橫縱坐標；

步驟S2.2、計算為左邊界上線段與線段之間的夾角，其中，線段為左邊界上第i+1點位與第i+2點位的連線；的具體計算公式為：

式中，為左邊界上線段與水平x軸之間的夾角；

步驟S2.3、判斷左邊界轉向點：當時，則交點為轉向點；否則，交點為非轉向點；其中，α為最大允許轉角；交點為線段與線段之間的交點；

步驟S2.4、以右邊界為研究對象，計算將右邊界上第i點位與第i+1點位的連線，稱為線段則為右邊界上線段與水平x軸之間的夾角，具體計算方法為：

式中，為右邊界上第i+1個點位的橫縱坐標；

步驟S2.5、計算為右邊界上線段與線段的相對轉角，其中，線段為右邊界上第i+1點位與第i+2點位的連線；的具體計算公式為：

式中，為右邊界上線段與水平x軸之間的夾角；

步驟S2.6、判斷右邊界轉向點：當時，則交點為轉向點；否則，交點為非轉向點；其中，α為最大允許轉角；交點為線段與線段之間的交點；

步驟S2.7、分割連通孔隙形成孔隙子區域，包括如下步驟：

步驟S2.7.1、孔隙左轉向點對集合的形成：以左邊界上為研究對象，選取右邊界上的邊界點與其組成左轉向點對，其中，右邊界上的邊界點的縱坐標與步驟S2.3中交點的縱坐標相等，即在右邊界上所有邊界點{P_i^r}中尋找縱坐標與步驟S2.3中交點的縱坐標相等的點，記為和組成一組左轉向點對；

步驟S2.7.2、孔隙右轉向點對集合的形成：以右邊界上為研究對象，選取左邊界上的邊界點與其組成右轉向點對，其中，左邊界上的邊界點的縱坐標與步驟S2.6中交點的縱坐標相等；即在左邊界上所有邊界點{P_i^l}中尋找縱坐標與步驟S2.6中交點的縱坐標相等的點，記為和組成一組右轉向點對；

步驟S2.7.3、孔隙的轉向點集合的形成：將左轉向點對與右轉向點對合并成一個集合，若左轉向點對與右轉向點對重復時，只保留其中一對；再根據縱坐標由下至上的排序，添加孔隙邊界起始點對以及邊界的末端點對形成孔隙的轉向點集合{(T_j^l,T_j^r)}，j＝1,2,3,..,W；其中，W為轉向點的總對數，包括孔隙邊界起始點對和邊界的末端點對；

步驟S2.7.4、分割形成孔隙子區域：相鄰的轉向點對(T_j^l，T_j^r),與其之間的邊界點對{(P_i^l，P_i^r)}組成孔隙邊界的子集合f_j，j＝1,2,3,..,W-1，形成W-1個孔隙子區域；

步驟S3、孔隙邊界子區域梯形化，包括如下步驟：

步驟S3.1、第1個孔隙子區域梯形化：將孔隙邊界子區域根據縱坐標由下至上編號，編號順序為：1，2，3，…j；計算孔隙子集合f₁圍成的封閉多邊形面積S₁，將與的作為下底邊的頂點線段長度為根據轉向點對的坐標計算得到相鄰轉向點對縱坐標差值以及線段中點的坐標由轉向點對組成的梯形面積與多邊形面積S₁相等，則梯形上底邊長度為：

由此計算梯形上底邊的兩個頂點坐標

步驟S3.2、第j個孔隙邊界子區域梯形化：計算孔隙子集合f_j圍成的封閉多邊形面積S_j，將V_j^l，V_j^r作為梯形下底邊的頂點，根據轉向點對(T_j^l，T_j^r),的坐標可以計算得到相鄰轉向點對縱坐標差值以及線段中點的坐標由轉向點對(T_j^l，T_j^r),組成的梯形面積與多邊形面積S_j相等，則梯形上底邊長度為：

由此計算梯形上底邊的兩個頂點坐標從而實現所有孔隙子區域的梯形化；

步驟S4、圓形顆粒填充孔隙，包括如下步驟：

步驟S4.1、圓形顆粒的填充：令填充顆粒的初始總面積為零，在各梯形化的孔隙子區域內隨機生成圓形顆粒；其中，圓形顆粒圓心的橫縱坐標為C_s(x_s,y_s)，半徑記為r_s；

步驟S4.2、圓形顆粒填充成功的判定：當孔隙子區域內的圓形顆粒不與已填充在此區域內的顆粒或不與此區域的左、右邊界相交、包含時，圓形顆粒填充成功并且填充顆粒總面積增加πr_s²；

步驟S4.3、圓形顆粒完成孔隙填充的判定：

A：當圓形顆粒生成連續失敗次數達到1000次；

B：填充的圓形顆粒總面積達到梯形化孔隙子區域面積的80％以上；

步驟S5、多邊形集料生成與投放，包括如下幾個步驟：

步驟S5.1、集料分檔：將混合集料按粒徑大小分為M檔，并從大至小分別編號為1、2、……、j、……、M；其中，j∈[1,M]；接著，計算各檔集料在混合集料中所占面積百分數；

步驟S5.2、集料生成及區域內投放：從j＝1檔集料開始，通過多邊形模擬集料的方式隨機生成多邊形集料，并在瀝青混凝土橫截面內進行投放；

步驟S5.3、集料投放成功的判定：當j＝1檔集料不與已有投放成功的集料相交、包含，或者不與孔隙子區域內填充的圓形顆粒相交、包含，或者不與瀝青混凝土橫截面的邊界相交時，j＝1檔集料投放成功；

步驟S5.4、集料投放達標的判定：已完成投放總面積增加j＝1檔集料顆粒的面積，然后判斷j＝1檔集料面積是否達到要求的面積百分數：

A、當j＝1檔集料未達到要求的面積百分數時，進行j＝1檔下一顆集料的生成與投放；

B、當j＝1檔集料達到要求的面積百分數時，進行下一檔集料的投放，直至M檔集料均投放完畢。