沥青基材料动态黏弹行为主曲线构建方法、装置及介质

1.本发明涉及道路工程技术领域，尤其涉及一种沥青基材料动态黏弹行为主曲线构建方法、装置及介质。


背景技术：

2.沥青及以沥青作为胶结料的沥青砂浆、沥青混合料等沥青基材料的力学行为具有典型的黏弹特性，时温特性对其力学行为具有重要影响，为研究其在宽时间域与宽频率域内的力学行为，对沥青基材料此类具有热流变简单性行为的材料而言，通常可采用时温等效原理将不同测试温度下窄时间域与窄频率域的数据进行平移得到光滑的曲线，称为“主曲线”。现有规范aashto r62对沥青混合料动态模量主曲线的绘制进行了规范化，即采用将移位因子方程及缩减频率与频率的关系式代入主曲线模型后使用规范求解工具或自定义函数拟合的方法进行函数拟合的方法，绘制沥青的动态模量主曲线时也通常采用该方法，但是该方法的拟合效果受主曲线模型、移位因子方程的选择及拟合初值的选取影响较大，此外已有的研究成果表明沥青混合料层间剪切强度及沥青混合料的力学损伤行为也具有时温等效特性，针对此类主曲线模型未知的力学行为，无法使用规范方法绘制主曲线，通常采用人工平移的方法，但是主观因素会严重影响平移的准确度。


技术实现要素：

3.为至少一定程度上解决现有技术中存在的技术问题之一，本发明的目的在于提供一种沥青基材料动态黏弹行为主曲线构建方法、装置及介质。
4.本发明所采用的技术方案是：
5.一种沥青基材料动态黏弹行为主曲线构建方法，包括以下步骤：
6.在双对数坐标下绘制不同测试温度及不同频率下的动态模量数据，选择预设测试温度作为参考温度；
7.确定相邻测试温度的插值区间；
8.根据插值区间计算相邻温度下动态模量测试结果的水平移动范围；
9.根据水平移动范围确定相邻温度下动态模量测试结果的移位值；
10.根据移位值计算所有测试温度下的移位因子；
11.根据移位因子在半对数坐标下绘制温度-移位因子曲线，通过移位因子曲线插值并竖向移动的方法确定任意目标参考温度下的移位因子；
12.在得到目标参考温度下的移位因子后，获取主曲线，使用主曲线模型或移位因子方程对主曲线或移位因子进行拟合，确定主曲线模型或移位因子方程的参数。
13.进一步地，所述确定相邻测试温度的插值区间，包括：
14.提取两相邻测试温度t1、t2的动态模量测试结果，其中t1的温度低于t2，由t1温度下的最小测试频率的动态模量d1与t2温度下最大测试频率的动态模量d2确定区间[d1,d2]为插值区间。
[0015]
进一步地，所述根据插值区间计算相邻温度下动态模量测试结果的水平移动范围，包括：
[0016]
通过插值确定t1温度下动态模量为d2时的频率t2温度下动态模量为d1时的频率令其中为t1温度下最小的测试频率，为t2温度下最大的测试频率；固定t1温度下的数据时，t2温度下的数据水平移动范围为：[-max(δf1,δf2),-min(δf1,δf2)]。
[0017]
进一步地，所述根据水平移动范围确定相邻温度下动态模量测试结果的移位值，包括：
[0018]
在插值区间[d1,d2]内按对数等间距选择n个插值点，将确定的水平移动范围按对数等间距划分为m份，将t2温度下的动态模量数据按划分后的水平移动范围进行水平移动并计算平移后两曲线在区间[d1,d2]的n个插值点的角频率差值的范数norm，寻找使norm最小的水平移动值j*；其中j*为固定t1温度下的数据时，t2温度下数据的水平移位值。
[0019]
进一步地，水平移动值j*的计算过程如下式所示：
[0020][0021]
式中，为范数norm值最小时t2温度下[d1,d2]内第i个插值点的频率，为t2温度下，水平移动值为[-max(δf1,δf2),-min(δf1,δf2)]内第j个值时[d1,d2]内第i个插值点的频率。
[0022]
进一步地，所述根据移位值计算所有测试温度下的移位因子，包括：
[0023]
计算所有相邻温度的移位值，将其余测试温度与参考温度之间求取的所有移位值求和，并根据其余测试温度与参考温度的高低确定数值的符号；其中，当测试温度低于参考温度时取正号，当测试温度高于参考温度时取负号。
[0024]
进一步地，所述根据移位因子在半对数坐标下绘制温度-移位因子曲线，通过移位因子曲线插值并竖向移动的方法确定任意目标参考温度下的移位因子，包括：
[0025]
在得到测试温度作为参考温度下的移位因子曲线后，使用插值法确定目标参考温度下的移位因子，将所有测试温度下的移位因子减去目标参考温度的移位因子，得到最终的移位因子曲线。
[0026]
进一步地，还包括以下步骤：
[0027]
当测试数据没有重叠区域时，使用线性方程或多项式分别对测试数据进行拟合，进行外延获取重叠区域。
[0028]
本发明所采用的另一技术方案是：
[0029]
一种沥青基材料动态黏弹行为主曲线构建装置，包括：
[0030]
至少一个处理器；
[0031]
至少一个存储器，用于存储至少一个程序；
[0032]
当所述至少一个程序被所述至少一个处理器执行，使得所述至少一个处理器实现上所述方法。
[0033]
本发明所采用的另一技术方案是：
[0034]
一种计算机可读存储介质，其中存储有处理器可执行的程序，所述处理器可执行的程序在由处理器执行时用于执行如上所述方法。
[0035]
本发明的有益效果是：本发明能够实现主曲线的获取与主曲线的拟合的分离，克服了传统规范方法需要预设主曲线模型与移位因子方程的缺陷。
附图说明
[0036]
为了更清楚地说明本发明实施例或者现有技术中的技术方案，下面对本发明实施例或者现有技术中的相关技术方案附图作以下介绍，应当理解的是，下面介绍中的附图仅仅为了方便清晰表述本发明的技术方案中的部分实施例，对于本领域的技术人员而言，在无需付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获取到其他附图。
[0037]
图1是本发明实施例中移位因子计算示意图；
[0038]
图2是本发明实施例中移位因子竖向移动示意图；
[0039]
图3是本发明实施例中动态模量与相位角主曲线；
[0040]
图4是本发明实施例中动态模量与相位角主曲线的拟合；
[0041]
图5是本发明实施例中一种沥青基材料动态黏弹行为主曲线构建方法的步骤流程图。
具体实施方式
[0042]
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。对于以下实施例中的步骤编号，其仅为了便于阐述说明而设置，对步骤之间的顺序不做任何限定，实施例中的各步骤的执行顺序均可根据本领域技术人员的理解来进行适应性调整。
[0043]
在本发明的描述中，需要理解的是，涉及到方位描述，例如上、下、前、后、左、右等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
[0044]
在本发明的描述中，若干的含义是一个或者多个，多个的含义是两个以上，大于、小于、超过等理解为不包括本数，以上、以下、以内等理解为包括本数。如果有描述到第一、第二只是用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。
[0045]
本发明的描述中，除非另有明确的限定，设置、安装、连接等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本发明中的具体含义。
[0046]
针对现有技术中存有的问题，本发明根据主曲线的定义，提出将主曲线获取与主曲线拟合进行分离的方法，可精确地构建沥青基材料的力学行为主曲线。
[0047]
如图5所示，本实施例提供一种沥青基材料动态黏弹行为主曲线构建方法，包括以下步骤：
[0048]
s1、在双对数坐标下绘制不同测试温度及不同频率下的动态模量数据，选择预设
测试温度作为参考温度。
[0049]
在双对数坐标下绘制不同测试温度及频率下的动态模量数据并选择某一测试温度作为参考温度。
[0050]
s2、确定相邻测试温度的插值区间。
[0051]
提取两相邻测试温度t1、t2的动态模量测试结果，其中t1的温度低于t2，由t1温度下的最小测试频率的动态模量d1与t2温度下最大测试频率的动态模量d2可确定区间[d1,d2]为插值区域。
[0052]
s3、根据插值区间计算相邻温度下动态模量测试结果的水平移动范围。
[0053]
通过插值确定t1温度下动态模量为d2时的频率t2温度下动态模量为d1时的频率令其中为t1温度下最小的测试频率，为t2温度下最大的测试频率。固定t1温度下的数据时，t2温度下的数据水平移动范围为[-max(δf1,δf2),-min(δf1,δf2)]。
[0054]
s4、根据水平移动范围确定相邻温度下动态模量测试结果的移位值。
[0055]
在区间[d1,d2]内按对数等间距选择n个插值点，将步骤2确定的水平移动范围按对数等间距划分为m份，接着将t2温度下的动态模量数据按划分后的水平移动范围进行水平移动并计算平移后两曲线在区间[d1,d2]的n个插值点的角频率差值的范数norm，寻找使norm最小的水平移动值j*。j*即为固定t1温度下的数据时，t2温度下数据的水平移位值。计算过程可用下式表示：
[0056][0057]
作为可选的实施例，所述的插值点数量n及水平移动范围按对数等间距划分数量m分别大于等于15与50。
[0058]
s5、根据移位值计算所有测试温度下的移位因子。
[0059]
重复步骤s2至步骤s4，求取所有相邻温度的移位值并将其余测试温度与参考温度之间求取的所有移位值求和并根据其余测试温度与参考温度的高低确定数值的符号，当测试温度低于参考温度时取正号，高于测试温度时取负号。
[0060]
s6、根据移位因子在半对数坐标下绘制温度-移位因子曲线，通过移位因子曲线插值并竖向移动的方法确定任意目标参考温度下的移位因子。
[0061]
绘制温度-移位因子曲线，通过移位因子曲线插值并竖向移动的方法确定任意目标参考温度下的移位因子，其具体过程为：在得到测试温度作为参考温度下移位因子曲线后，使用插值法确定目标参考温度下的移位因子，最后将所有测试温度下的移位因子减去目标参考温度的移位因子，得到最终的移位因子曲线。
[0062]
s7、在得到目标参考温度下的移位因子后，获取主曲线，使用主曲线模型或移位因子方程对主曲线或移位因子进行拟合，确定主曲线模型或移位因子方程的参数。
[0063]
在得到目标参考温度下的移位因子后可在对数坐标下进行测试结果(动态模量与相位角)的平移获取主曲线。在获取主曲线后，使用主曲线模型或移位因子方程对主曲线或移位因子进行拟合，并最终确定主曲线模型或移位因子方程的参数。
[0064]
上述步骤针对的是相邻测试温度的测试数据在y轴具有重叠区域的情形，当测试
数据没有重叠区域时，使用线性方程或多项式分别对测试数据进行拟合，进行外延获取重叠区域，然后使用上述步骤进行计算。
[0065]
以下结合附图及具体实施例对上述方法进行详细解释说明。
[0066]
本实施例所用的数据为shell 70#基质沥青在不同温度下的频率扫描数据，其中测试温度为4、16、28、40、52、64及76℃，测试频率范围均为0.1到30hz，按对数等间距取16个测试点。按下列步骤获取主曲线。
[0067]
(1)在双对数坐标下绘制不同测试温度及频率下的动态模量数据并选择4℃作为参考温度。
[0068]
(2)确定相邻测试温度的插值区间。提取两相邻测试温度t1、t2的动态模量测试结果，其中t1的温度低于t2，由t1温度下的最小测试频率的动态模量d1与t2温度下最大测试频率的动态模量d2可确定区间[d1,d2]为插值区域。计算相邻温度下动态模量测试结果的水平移动范围。通过插值确定t1温度下动态模量为d2时的频率t2温度下动态模量为d1时的频率令其中为t1温度下最小的测试频率，为t2温度下最大的测试频率。固定t1温度下的数据时，t2温度下的数据水平移动范围为[-max(δf1,δf2),-min(δf1,δf2)]。使用寻优算法确定相邻温度下动态模量测试结果的移位值。在区间[d1,d2]内按对数等间距选择25个插值点，将确定的水平移动范围按对数等间距划分为100份，接着将t2温度下的动态模量数据按划分后的水平移动范围进行水平移动并计算平移后两曲线在区间[d1,d2]的n个插值点的角频率差值的范数norm，寻找使norm最小的水平移动值j*。j*即为固定t1温度下的数据时，t2温度下数据的水平移位值。计算过程用下式表示，具体计算过程如图1所示，其中，图1(a)为平移前的动态模量测试数据，图1(b)为确定的平移范围示意图。
[0069][0070]
(3)计算所有测试温度下的移位因子，具体过程为重复上述过程求取所有相邻温度的移位值并将其余测试温度与参考温度之间求取的所有移位值求和并根据其余测试温度与参考温度的高低确定数值的符号，当测试温度低于参考温度时取正号，高于测试温度时取负号。
[0071]
(4)在单对数坐标下绘制温度-移位因子曲线，通过移位因子曲线插值并竖向移动的方法确定任意目标参考温度下的移位因子，其具体过程为：在得到测试温度作为参考温度下移位因子曲线后，使用插值法确定目标参考温度下的移位因子，最后将所有测试温度下的移位因子减去目标参考温度的移位因子，得到最终的移位因子曲线，计算过程如图2所示。
[0072]
(5)在得到目标参考温度下的移位因子后可在对数坐标下进行测试结果(动态模量与相位角)的平移获取主曲线。目标参考温度分别为5℃、15℃及25℃的动态模量主曲线与相位角主曲线如图3所示，其中，图3(a)为平移得到的5℃、15℃及25℃下的动态模量主曲线，图3(b)为平移得到的5℃、15℃及25℃下的相位角主曲线。
[0073]
(6)在获取主曲线后，使用cam模型对目标参考温度为25℃的动态模量主曲线及相位角主曲线进行拟合，其中cam模型的动态模量主曲线模型及相位角主曲线模型如下式所
示，拟合效果如图4所示。
[0074]
动态模量：
[0075]
相位角：
[0076]
数据拟合完成后，可用于分析沥青基材料的流变行为或获取用于数值仿真的prony级数。
[0077]
综上所述，本实施例方法实现了主曲线的获取与主曲线的拟合的分离，克服了传统规范方法需要预设主曲线模型与移位因子方程的缺陷，具有精确、简便的特点。
[0078]
本实施例还提供一种沥青基材料动态黏弹行为主曲线构建装置，包括：
[0079]
至少一个处理器；
[0080]
至少一个存储器，用于存储至少一个程序；
[0081]
当所述至少一个程序被所述至少一个处理器执行，使得所述至少一个处理器实现图5所示方法。
[0082]
本实施例的一种沥青基材料动态黏弹行为主曲线构建装置，可执行本发明方法实施例所提供的一种沥青基材料动态黏弹行为主曲线构建方法，可执行方法实施例的任意组合实施步骤，具备该方法相应的功能和有益效果。
[0083]
本技术实施例还公开了一种计算机程序产品或计算机程序，该计算机程序产品或计算机程序包括计算机指令，该计算机指令存储在计算机可读存介质中。计算机设备的处理器可以从计算机可读存储介质读取该计算机指令，处理器执行该计算机指令，使得该计算机设备执行图5所示的方法。
[0084]
本实施例还提供了一种存储介质，存储有可执行本发明方法实施例所提供的一种沥青基材料动态黏弹行为主曲线构建方法的指令或程序，当运行该指令或程序时，可执行方法实施例的任意组合实施步骤，具备该方法相应的功能和有益效果。
[0085]
在一些可选择的实施例中，在方框图中提到的功能/操作可以不按照操作示图提到的顺序发生。例如，取决于所涉及的功能/操作，连续示出的两个方框实际上可以被大体上同时地执行或所述方框有时能以相反顺序被执行。此外，在本发明的流程图中所呈现和描述的实施例以示例的方式被提供，目的在于提供对技术更全面的理解。所公开的方法不限于本文所呈现的操作和逻辑流程。可选择的实施例是可预期的，其中各种操作的顺序被改变以及其中被描述为较大操作的一部分的子操作被独立地执行。
[0086]
此外，虽然在功能性模块的背景下描述了本发明，但应当理解的是，除非另有相反说明，所述的功能和/或特征中的一个或多个可以被集成在单个物理装置和/或软件模块中，或者一个或多个功能和/或特征可以在单独的物理装置或软件模块中被实现。还可以理解的是，有关每个模块的实际实现的详细讨论对于理解本发明是不必要的。更确切地说，考虑到在本文中公开的装置中各种功能模块的属性、功能和内部关系的情况下，在工程师的常规技术内将会了解该模块的实际实现。因此，本领域技术人员运用普通技术就能够在无需过度试验的情况下实现在权利要求书中所阐明的本发明。还可以理解的是，所公开的特定概念仅仅是说明性的，并不意在限制本发明的范围，本发明的范围由所附权利要求书及
其等同方案的全部范围来决定。
[0087]
所述功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：u盘、移动硬盘、只读存储器(rom，read-only memory)、随机存取存储器(ram，random access memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
[0088]
在流程图中表示或在此以其他方式描述的逻辑和/或步骤，例如，可以被认为是用于实现逻辑功能的可执行指令的定序列表，可以具体实现在任何计算机可读介质中，以供指令执行系统、装置或设备(如基于计算机的系统、包括处理器的系统或其他可以从指令执行系统、装置或设备取指令并执行指令的系统)使用，或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用。就本说明书而言，“计算机可读介质”可以是任何可以包含、存储、通信、传播或传输程序以供指令执行系统、装置或设备或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用的装置。
[0089]
计算机可读介质的更具体的示例(非穷尽性列表)包括以下：具有一个或多个布线的电连接部(电子装置)，便携式计算机盘盒(磁装置)，随机存取存储器(ram)，只读存储器(rom)，可擦除可编辑只读存储器(eprom或闪速存储器)，光纤装置，以及便携式光盘只读存储器(cdrom)。另外，计算机可读介质甚至可以是可在其上打印所述程序的纸或其他合适的介质，因为可以例如通过对纸或其他介质进行光学扫描，接着进行编辑、解译或必要时以其他合适方式进行处理来以电子方式获得所述程序，然后将其存储在计算机存储器中。
[0090]
应当理解，本发明的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。例如，如果用硬件来实现，和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列(pga)，现场可编程门阵列(fpga)等。
[0091]
在本说明书的上述描述中，参考术语“一个实施方式/实施例”、“另一实施方式/实施例”或“某些实施方式/实施例”等的描述意指结合实施方式或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施方式或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施方式或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施方式或示例中以合适的方式结合。
[0092]
尽管已经示出和描述了本发明的实施方式，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施方式进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。
[0093]
以上是对本发明的较佳实施进行了具体说明，但本发明并不限于上述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可做作出种种的等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本技术权利要求所限定的范围内。