[发明专利]一种基于沥青混合料X-ray扫描图像的有限元建模方法

说明书

本发明公开了一种基于沥青混合料X‑ray扫描图像的有限元建模方法，该方法包括：提取沥青混合料标准试件横截面的X‑ray扫描原始图像；在Matlab软件中对原始图像进行灰度转换、平滑、去噪、形态学处理，得到边缘清晰的高质量图像；对高质量图像进行阈值分割、分水岭分割、矢量化处理，分别获得集料和空隙的精确的二值图；再将集料和空隙的矢量图导入到Auto CAD软件中，利用平移功能进行合并；最后将合并后图像导入到有限元软件中进行有限元建模和分析。本发明的方法可以有效提高沥青混合料图像分割的准确度。

技术领域

本发明涉及一种基于沥青混合料X-ray扫描图像的有限元建模方法，属于道路工程领域。

背景技术

长久以来，沥青路面的路用性能一直是道路研究领域的热点课题，但是在借用有限元软件进行路面性能分析时，研究者大多从宏观角度出发构建道路模型，这虽然提高了工作效率但却忽视了沥青混合料内部结构。研究发现，沥青混合料中集料和空隙的分布对整体性能有重要影响，因此很有必要在构建道路模型时，还原沥青混合料的内部结构，考虑集料和空隙分布的影响。但目前并没有合适的有限元建模方法，可以建立与沥青混合料实际构造相符合的有限元模型。

发明内容

基于上述现有技术所存在的不足之处，本发明提供了一种基于沥青混合料X-ray扫描图像的有限元建模方法，以期可以创建与沥青混合料结构相同的有限元模型，更加精确的理解沥青混合料的内部结构，从而更进一步的研究沥青混合料的多种特性。

本发明为实现发明目的，采用如下技术方案：

一种基于沥青混合料X-ray扫描图像的有限元建模方法，包括以下步骤：

步骤1：利用X-ray扫描仪，扫描沥青混合料标准试件的横截面，获得横截面的原始图像；

步骤2：在Matlab软件中打开所述原始图像进行灰度转换，并对所得灰度图像进行去噪和平滑处理，得到处理后原始图像：

步骤3：在Matlab软件中，对所述处理后原始图像先执行形态学开操作，再执行形态学关操作，获得具有清晰边缘的高质量图像；

步骤4：在Matlab软件中，计算所述高质量图像中每个像素点的灰度值，以及相同灰度值所对应的像素点的个数，以创建图像的二维直方图；

步骤5：在Matlab软件中，基于所述二维直方图计算集料的最佳分割阈值，然后基于所述集料的最佳分割阈值对步骤3中得到的高质量图像进行阈值分割，获得集料的初步二值图；

再在Matlab软件中，采用分水岭分割法对所述集料的初步二值图进行进一步分割，获得集料的精确二值图；

最后利用矢量化软件对所述集料的精确二值图进行矢量化处理，得到可导入AutoCAD软件中进行后续处理的相应格式的集料矢量图；

步骤6：在Matlab软件中，基于所述二维直方图计算空隙的最佳分割阈值，然后基于所述空隙的最佳分割阈值对步骤3中得到的高质量图像直接进行阈值分割，获得空隙的精确二值图；相比于集料分割，空隙的分割要简明许多，直接采用阈值分割法即可实现分割效果；

最后利用矢量化软件对所述空隙的精确二值图进行矢量化处理，得到可导入AutoCAD软件中进行后续处理的相应格式的空隙矢量图；

步骤7：在Auto CAD软件中，利用平移功能将集料矢量图和空隙矢量图进行精确合并，并输出为有限元软件可识别格式的图像；

步骤8：将步骤7中得到的图像导入到有限元软件中进行有限元建模，即得到可用于有限元分析的模型。

进一步地，所述的X-ray扫描仪为医学上常用的X-ray CT扫描仪。

进一步地，步骤1所述的沥青混合料标准试件为标准马歇尔试件，其为圆柱形试件，直径为101.6mm、高为63.5mm。