一种沥青混合料局部应力的评价方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于建筑施工技术领域，尤其设及一种渐青混合料局部应力的评价方法。
【背景技术】
[0002] 渐青混合料是由渐青、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W来，渐青 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。渐青混合料的力学行为与 集料性质、渐青类型、渐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 面地分析研究渐青混合料的力学性能，了解渐青混合料的力学响应，引入移动窗口技术， 通过分析研究渐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，模拟渐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。
[0003] 渐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。对渐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，把渐青混合料作为匀质材料进行分析，而实际上渐青混合料是 典型的非均匀材料，因此，运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，当评估渐青混合料现象时，例如 渐青混合料累积损伤变形，渐青混合料的局部响应就变得相当重要。要获得渐青混合料的 局部响应，用有限元方法对渐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】
[0004] 本发明的目的在于提供一种渐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。
[0005] 本发明是运样实现的，一种渐青混合料局部应力的评价方法包括W下步骤：
[0006] 步骤一、用连接到计算机的数码相机捕获到渐青混合料的灰度图像，通过对渐青 混合料微结构截面进行拍照、数字图像处理和重建后，渐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400X400像素、0. 3毫米/像素分辨率的矩形 图像，W便于从混合料中捕获图像；
[0007] 步骤二、使渐青混合料图像阔值化（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；
[000引步骤Ξ、每次WnXn(nW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，运些参数被赋值给对应窗口中屯、点的局部坐标。把一个代表渐青 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，W便于计算渐青混合料有效材料弹性特性及其特征长度尺度1。；
[0009] 步骤四、进行参数分析，W确定合适的窗口尺寸来计算渐青混合料有效材料特性， 并在10X10像素、20X20像素、40X40像素和80X80像素的窗口中分别计算渐青混合料 的颗粒百分比，W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渐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；
[0010] 步骤五、采用40X40像素的窗口尺寸结合自相关函数计算局部有效材料特性，包 括计算有效剪切模量和体积模量W及采用弹性理论计算相应的杨氏模量和泊松比，使用梯 度弹性特性（例如：内部长度尺度）来获取与不同粒径分布混合之间的力学响应差异，从而 减小网格尺寸对运种响应的影响；
[0011] 步骤六、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。
[0012] 本发明具有的优点和积极效果是：该渐青混合料局部应力的评价方法采用移动窗 口技术方法结合细观力学获得渐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，通过利用有效特性的有限元分析比利用单个成分特性的有限元分析具有数值 计算方面的优势。集料和渐青模量间几个数量级的差异可能会导致有限元解中的数值不稳 定，而利用有效材料特性减少了相邻元素间材料特性的差异，并消除了该数值不稳定的局 限性。该方法成功克服了在渐青混合料微观结构有限元分析中使用单个成分特性的一些局 限性。减少了对网格尺寸的依赖性，并减少了由图像采集和处理引起的微观结构细小变化 响应的敏感度，还减少了由于微观结构中相邻元素间模量几个数量级的差异而引起数值不 稳定的风险。此外，该方法捕获了渐青混合料长度尺度对微观和宏观响应的影响。
【附图说明】
[0013] 图1是本发明实施例提供的渐青混合料局部应力的评价方法的流程图；
【具体实施方式】
[0014] 为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，W下结合实施例，对本发明 进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用W解释本发明，并不用于 限定本发明。
[0015] 下面结合附图1及具体实施例对本发明的应用原理作进一步描述。
[0016] 一种渐青混合料局部应力的评价方法包括W下步骤：
[0017] S101、用连接到计算机的数码相机捕获到渐青混合料的灰度图像，并将原始图像 降至尺寸为400X400像素、0. 3毫米/像素分辨率的矩形图像；
[0018] S102、使渐青混合料图像阔值化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；
[0019] S103、把一个代表渐青混合料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；
[0020] S104、进行参数分析，w确定合适的窗口尺寸来计算渐青混合料有效材料特性，并 在10X10像素（3X3毫米）、20X20像素化X6毫米）、40X40像素（12X12毫米）和 80X80像素（24X24毫米）的窗口中分别计算渐青混合料的颗粒百分比；
[0021] S105、采用40X40像素的窗口尺寸结合自相关函数计算局部有效材料特性，包括 计算有效剪切模量和体积模量W及采用弹性理论计算相应的杨氏模量和泊松比；
[0022] S106、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。
[0023] 采用移动窗口技术方法结合细观力学获得渐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，该方法可W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。
[0024] 下面结合具体实施例对本发明的应用原理作进一步的描述。
[00巧]步骤一、用Superpave旋转压实仪（SGC)成型渐青混合料试件，每个试件的半径为 150mm、高为100mm左右，用渐青混合料切割机垂直切割试件，用连接到计算机的数码相机 捕获到渐青混合料的灰