[发明专利]一种沥青混合料数值模型随机生成方法

说明书

技术领域

本发明涉及沥青混合料数值模拟建模领域，特别是一种沥青混合料数值模型随机生成方法。

背景技术

沥青混合料内部结构非常复杂，它是一种由集料、沥青和空隙组成多相复合材料。要进行数值模拟，需要解决的首要问题就是如何建立一种能够反映沥青混合料内部特征的数值模型。目前关于沥青混合料建模的方法主要有：

一、传统的沥青混合料数值模型获取的方法通常是通过数码相机对混合料表面或切割后的试件截面进行拍照，或者利用工业CT对沥青混合料试件进行断层扫描，然后通过相关数字图像处理技术，如图像增强技术、图像分割技术、图像边缘检测技术等获取混合料试件的二值图，并进行数字重构得到混合料试件的数值模型。这种方法虽然能够得到与真实试件匹配度很高的数字模型，但是却有如下缺点：试验要求高、成本高以及无法实现某些情况下的模拟要求等。

二、直接建模法

这种方法的缺点是把混合料看成均质体，与实际情况不符。

三、随机重构生成方法，

虽然目前这种方法已经取得了很大的成果，但是目前的算法却存在以下缺陷，即在集料生成算法上，会有切割面平行或产生重合等问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，针对现有技术不足，提供一种沥青混合料数值模型随机生成方法，反映沥青混合料不规则形状粗集料、矿料级配、沥青砂浆以及空隙分布的沥青混合料三维离散元数值模型的随机生成，充分体现集料的棱角特性同时避免切割面平行或者重合的问题。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种沥青混合料数值模型随机生成方法，包括以下步骤：

1)随机生成不规则多面体集料；

2)利用所述不规则多面体集料，生成沥青混合料数值模型。

步骤1)的具体实现过程包括：

A)在多面体内填充规则排列的小粒径离散单元；

B)生成多个随机平面以随机切割正方体，得到不规则多面体区域；

C)判断小粒径离散单元形心位置与步骤B)得到的多面体区域的相对位置，将属于所述多面体区域内部的小粒径离散单元作为不规则多面体集料部分。

步骤A)中，所述正方体边长与所述多面体集料粒径相等；所述正方体的数学方程式如下：

其中，(x₀，y₀，z₀)为正方体形心O的坐标；2R为正方形边长；(x，y，z)为正方体内任意点的坐标。

步骤B)中，所述随机平面个数为8个；步骤B)的具体实现过程包括以下步骤：

a)随机生成每个象限切割平面的一个法向量(n_j1，n_j2，n_j3)，j取值为1～8；n_j1，n_j2，n_j3计算式如下：

t₁＝cos(α)

t₂＝sin(α)

t₃＝cos(β)；

n_j1＝t₁/tt

n_j2＝t₂/tt

n_j3＝t₃/tt

其中，urand为随机函数，取值范围为(0，1)；int为取整函数；α为水平平面内空间一条线与x轴夹角；β为水平平面内空间一条线与z轴的夹角；t₁，t₂，t₃是空间一条线与x、y、z坐标轴夹角余弦；

b)求解正方体形心到切割平面的距离d：d＝R×q；其中，q为切割控制系数；

c)根据距离d和法向量(n_j1，n_j2，n_j3)，得到过正方体形心O与切割面垂直连线交点M_c(x_c，y_c，z_c)的坐标如下：

x_c＝x₀+d×n_j1

y_c＝y₀+d×n_j2；

z_c＝z₀+d×n_j3