[发明专利]一种沥青混合料局部应力的评价方法

说明书

本发明公开了一种沥青混合料局部应力的评价方法，用连接到计算机的数码相机捕获到沥青混合料的灰度图像，使沥青混合料图像阈值化并转换为一个白色和黑色的图像；把一个代表沥青混合料RVE的图像分为单元格或同等大小的窗口，每个窗口在水平方向上从相邻的窗口移动一个像素；进行参数分析；采用40×40像素的窗口尺寸结合自相关函数计算局部有效材料特性；将得到的局部材料特征输入有限元分析中，进行局部应力计算分析。结合细观力学获得沥青混合料的局部材料特征，再将得到的局部材料特征输入有限元分析中，进行局部应力分析，将大型的复杂结构用窗口的方法进行分解运算，避免求解上的困难。

技术领域

本发明属于建筑施工技术领域，尤其涉及一种沥青混合料局部应力的评价方法。

背景技术

沥青混合料是由沥青、集料和孔隙组成的颗粒复合材料，其性能受到各组份比例、微观结构形态和组份间相互作用等因素的影响，粘弹性力学行为十分复杂，长期以来，沥青混合料宏观响应与其各组成成分间的关系一直受到人们的关注。沥青混合料的力学行为与集料性质、沥青类型、沥青含量及空隙率的关系一直是通过室内试验来取得。为了真正、全面地分析研究沥青混合料的力学性能,了解沥青混合料的力学响应，引入移动窗口技术，通过分析研究沥青混合料在较小尺度范围内出现的特征和现象，将细观和宏观的方法结合起来,模拟沥青混合料在荷载作用下的力学行为，包括损伤演化过程，从而有效实现不同尺度模型间的变形协调。

沥青混合料是一种典型的粘弹线颗粒状粘结材料，其损伤不仅与宏观应力及应变场有关，而且与细观应力、应变场密切相关。对沥青混合料的应力分析，现有的方法是用平均材料性能代替整体性能，把沥青混合料作为匀质材料进行分析，而实际上沥青混合料是典型的非均匀材料，因此，这种代替引入了计算非均匀材料局部行为的误差。由于材料的随机性，导致引起早期材料破裂的微观破坏机制具有多样性，当评估沥青混合料现象时，例如沥青混合料累积损伤变形，沥青混合料的局部响应就变得相当重要。要获得沥青混合料的局部响应，用有限元方法对沥青混合料真实结构进行建模，但是由于宏观尺度与细观尺度的差别较大，使所划分的结构网格数量巨大，计算效率不高，尤其对于大型复杂结构其有限元模型的建立和求解计算时间往往过长。

发明内容

本发明的目的在于提供一种沥青混合料局部应力的评价方法，旨在解决宏观尺度与细观尺度的差别较大，使所划分的结构网格数量巨大，计算效率不高，尤其对于大型复杂结构其有限元模型的建立和求解计算时间往往过长的问题。

本发明是这样实现的，一种沥青混合料局部应力的评价方法包括以下步骤：

步骤一、用连接到计算机的数码相机捕获到沥青混合料的灰度图像，通过对沥青混合料微结构截面进行拍照、数字图像处理和重建后，沥青混合料各相分别用具有不同亮度的灰度图像表示。将原始图像降至尺寸为400×400像素、0.3毫米/像素分辨率的矩形图像，以便于从混合料中捕获图像；

步骤二、使沥青混合料图像阈值化(灰度图像中像素强度从0代表黑色到255代表白色)并转换为一个白色和黑色的图像，其中白色代表大于0.3mm图像分辨率的集料颗粒、黑色代表胶砂；

步骤三、每次以n×n(n以像素为单位)的窗口尺寸将区域从建立的非均匀图像中剪出，将该区域作为一个代表体积元(RVE)，通过细观力学方法根据区域内组分性能和排列方式得到局部性能参数，这些参数被赋值给对应窗口中心点的局部坐标。把一个代表沥青混合料RVE的图像分为单元格或同等大小的窗口，每个窗口在水平方向上从相邻的窗口移动一个像素，以便于计算沥青混合料有效材料弹性特性及其特征长度尺度l_c；

步骤四、进行参数分析，以确定合适的窗口尺寸来计算沥青混合料有效材料特性，并在10×10像素、20×20像素、40×40像素和80×80像素的窗口中分别计算沥青混合料的颗粒百分比，以便捕获不同窗口尺寸混合料颗粒比例差异，并确定集料的体积分数，从而选择合适的窗口尺寸来来计算沥青混合料局部有效材料特性，通过使用有效材料特性得到一个更均匀的材料性能分布；