[发明专利]一种沥青混合料高温性能虚拟车辙试验方法

说明书

本发明公开了一种沥青混合料高温性能虚拟车辙试验方法，包括以下步骤：材料配合比参数输入；虚拟车辙试件重构；材料微观模型参数输入；虚拟试验加载环境设置；虚拟试验监测系统设置；虚拟试验运行；虚拟试验数据后处理。本发明的沥青混合料高温性能虚拟车辙试验方法所采用的离散单元法适用于分析非连续介质材料和颗粒性材料大变形问题，尤其适用于沥青混合料高温性能的分析与评价，试验结果可靠，可大幅度缩短试验周期，降低试验成本，解决试验受场地、时间限制的问题，同时可对试验过程进行回放、重复和再现，极大提高了科研与教学工作的效率。

技术领域

本发明涉及沥青混合料虚拟试验技术领域，特别是涉及一种沥青混合料高温性能虚拟车辙试验方法。

背景技术

随着我国经济的快速发展，高速公路的建设事业突飞猛进，沥青路面由于其施工机械化程度高、使用性能优良等特点，不仅成为我国高速公路的主要路面结构形式，也在各等级道路上得以广泛应用。然而，近年来我国公路交通量迅速增加，并呈现重载化，车辙已成为沥青路面主要病害之一，严重影响驾驶员行车安全与舒适性。基于此，国内外的道路工作者对沥青混合料高温性能进行了大量的研究工作，其中车辙试验作为主要的高温性能评价方式被广泛采用。然而车辙试验作为一种物理试验，需要昂贵的试验仪器，占用场地，耗费大量的资金，试验周期较长，而且试验的重复性和再现性较差，在一定程度上制约了科研与教学工作的进行。

虚拟试验是指在计算机系统中采用软件代替部分硬件或全部硬件来建立各种虚拟的试验环境，使试验者可以如同在真实的环境中一样完成各种预定的试验项目，使所取得的试验效果接近或等价于在真实环境中所取得的效果。虚拟试验技术在上世纪八十年代开始兴起，在国防军工、汽车、轨道等领域进行了大量的应用，并取得了较好的效果。虚拟试验可以大幅度减少试验样品制造次数，缩短试验周期，同时降低试验成本。虚拟试验技术代替真实试验解决了试验受场地、时间的限制，可对试验过程进行回放、重复和再现。

目前，虚拟试验在沥青混合料高温性能领域的研究中鲜有应用，如何开发出一整套简单、快速、高效的沥青混合料高温性能虚拟车辙试验方法是目前亟待解决的问题。

发明内容

技术问题：为了解决沥青混合料高温性能评价所面临的物理试验仪器昂贵且占用场地、资金耗费较大、试验周期较长以及试验的重复性和再现性较差等缺点，本发明提出了一种沥青混合料高温性能虚拟车辙试验方法，该方法可以大幅度缩短试验周期，降低试验成本，解决试验受场地、时间限制的问题，可对试验过程进行回放、重复和再现。

技术方案：本发明一种沥青混合料高温性能虚拟车辙试验方法包括以下步骤：

1)材料配合比参数输入：根据沥青混合料试验室配合比试验结果，得到各档粗集料质量与空隙率，并根据集料密度计算得到各档粗集料体积，为后续虚拟车辙试件的重构提供关键参数；

2)虚拟车辙试件重构：根据已得到的各档粗集料体积、空隙率以及本次车辙试件的具体尺寸作为虚拟车辙试件重构的关键输入参数，采用离散单元法生成具有目标级配与体积的粗集料，在粗集料间隙内均匀填充沥青砂浆单元，并根据目标空隙率大小删除对应数量的沥青砂浆单元形成空隙结构，构建沥青混合料虚拟车辙试件；

3)材料微观模型参数输入：将试验室获取的粗集料与沥青砂浆的宏观材料参数作为初始材料参数，并根据材料宏观参数与微观模型参数的转化关系，将材料宏观参数转化为微观模型参数；

4)虚拟试验加载环境设置：将虚拟车辙试件的厚度尺寸与所施加目标荷载大小作为加载环境输入参数，根据车辙试件的厚度尺寸调整虚拟加载试验轮的位置，根据所施加目标荷载的大小，通过控制虚拟加载试验轮上施加的竖向力的大小对虚拟车辙试件进行加载；

5)虚拟试验监测系统设置：根据研究需求定义虚拟车辙试验过程中需进行实时监测的指标与变量，在虚拟车辙试验过程中进行实时监测；