[发明专利]一种基于离散元的沥青混合料压实模拟方法

说明书

本发明公开了一种基于离散元的沥青混合料压实模拟方法，步骤为：用PFC3D软件中的“wall”命令生成给定的空间区域，并随机填充由粗集料、沥青砂浆组成的颗粒体系；随机删除部分沥青砂浆；对沥青混合料中的粗集料内部、沥青砂浆内部、粗集料与沥青砂浆之间赋予相应的接触类型；设置由基本单元颗粒聚集成PFC3D软件中的“clump”视为压路机滚动轮，压路机滚动轮在重力作用下实现对沥青混合料的静压作用；对“clump”赋予激振力，将“clump”体系激振力与重力耦合，模拟振动压实作用；通过fish语言编程控制压实路滚动轮对沥青混合料的压实。该方法使用简便，经济有效，对沥青混合料路面的施工具有一定的意义。

技术领域

本发明涉及沥青混合料离散元数值仿真技术，尤其涉及一种基于离散元的沥青混合料压实模拟方法。

背景技术

沥青混合料的压实是路面施工的关键工序。大量的研究表明：路面的早期破坏与路面的压实质量直接相关。若压实度不足，路面的空隙率偏大，雨水经空隙渗人路面结构内部，路面易发生水损害与车辙等早期破坏。若压实度太大，致使路面结构内部空隙过小，在高温条件下常发现泛油和失稳等现象。路面压实对道路力学性能的重要影响也引起了道路工作者的极大关注，其中对沥青混合料的压实机理展开了深入的研究并取得了一定的成果。比如分析振动压路机、轮胎压路机等的压实机理，研究各种压实机械的组合与碾压遍数、有效碾压时间等。然而，这些研究都是基于宏观的表象学，非直接的，且试验成本高，花费时间长，无法从本质上深入理解沥青混合料的压实机理。

基于分子动力学的离散法能从细观层次研究颗粒物质的本质特征。沥青混合料是一种典型的多相颗粒物质，近年来，国内外采用离散元建立虚拟试验研究沥青混合料的力学性能。然而，运用离散元研究沥青混合料的压实机理研究较少，已有的二维模型只是用简单的圆盘来表示集料，沥青混合料的粘弹塑特性只是简单的用接触粘结或平行粘结等这些弹性接触模型来表示，仅能简单模拟静压过程，无法真实反映沥青混合料的压实机理。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种基于离散元的沥青混合料压实模拟方法，能够从细观层次反映沥青混合料压实机理。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种基于离散元的沥青混合料压实模拟方法，包括以下步骤：

步骤1，用PFC3D软件中的“wall”命令生成给定的空间区域，并在此区域内随机填充由粗集料、沥青砂浆组成的颗粒体系；

步骤2，根据实际的沥青混合料的空隙率，通过删除步骤1所述的颗粒体系中相应的颗粒来模拟空隙率，此时，沥青混合料视为由粗集料、沥青砂浆及空隙组成的三相复合材料；

步骤3，对沥青混合料中的粗集料内部、沥青砂浆内部、粗集料与沥青砂浆之间赋予相应的接触类型；

步骤4，设置由基本单元颗粒聚集成PFC3D软件中的“clump”视为压路机滚动轮，根据与实际压路机等重力作用原则，并对基本单元颗粒体系赋予密度，压路机滚动轮在重力作用下实现对沥青混合料的静压作用；

步骤5，对“clump”赋予激振力，将“clump”体系激振力与重力耦合，模拟振动压实作用；

步骤6，通过fish语言编程控制压实路滚动轮对沥青混合料的压实。

进一步的，步骤1给定的空间区域的尺寸大小为实际施工的压实尺寸缩小若干倍，且不小于最大公称粒径的3倍。

进一步的，步骤2中，根据集料的粒径，将小于2.36mm颗粒与沥青视为沥青砂浆；将大于或等于2.36mm的集料视为粗集料；空隙在沥青混合料中为随机分布。