[发明专利]基于数字散斑方法的离散元图像建模方法

说明书

基于数字散斑方法的离散元图像建模方法，本发明属于沥青混合料数字化设计技术领域，它要解决现有基于图像的离散元模型缺乏局部受力状况验证的问题。建模方法：一、采集沥青混合料断面图像；二、断面图像导入数字散斑软件中，得到水平方向应变场分布信息；三、提取砂浆位置应变场；四、建立沥青混合料间接拉伸试验离散元模型；五、施加与步骤一中间接拉伸试验过程相同的荷载参数，得出基于离散元计算的砂浆应变场分布；六、量化离散元法和数字散斑实测法的应变场均值的差异；七、将应变场计算误差百分率P作为评价离散元建模精确性的指标。本发明在细观尺度上评价基于图像的离散元模型计算精确性，从而优化离散元图像的建模。

技术领域

本发明属于沥青混合料数字化设计技术领域，具体涉及一种基于数字散斑方法的离散元图像建模方法。

背景技术

沥青混合料材料设计及优化是提高路面使用性能的关键，也是延长道路使用寿命，降低维修养护成本的重要途径。目前，传统的沥青混合料设计方法主要是基于室内试验，包括马歇尔设计方法和Superpave设计方法，基于试验的设计方法操作简单，但试验耗费人工和材料较多，数据离散性大。

考虑到传统沥青混合料设计方法存在的诸多问题，基于数值模拟技术的数字化设计方法已经开始在道路工程领域应用，其中，离散单元法以其在散体材料模拟中的优势，被广泛应用于沥青混合料力学性能预测。虽然离散元方法在模拟沥青混合料力学性能中具有一定的优势，但数值模拟参数获取及精确性验证是制约数字化设计推广应用的关键。传统的精确性验证方法只能从宏观上验证数字试件受力与真实应力应变曲线的一致性，但对于目前的沥青混合料非均质模型，尤其是基于图像建立的模型，宏观试验方法却无法实现细观局部的受力状况精确性验证。针对目前基于图像的离散元模型缺乏局部受力状况验证方法，本发明提出一种基于数字散斑方法的离散元图像建模准确性验证方法。

发明内容

本发明要解决现有基于图像的离散元模型缺乏局部受力状况验证的问题，而提供一种基于数字散斑方法的离散元图像建模准确性验证方法。

本发明基于数字散斑方法的离散元图像建模方法按以下步骤实现：

一、通过工业相机采集间接拉伸试验过程中沥青混合料断面图像，得到沥青混合料的断面图像；

二、将步骤一得到的沥青混合料的断面图像导入数字散斑软件中，处理得到水平方向应变场分布信息；

三、通过数字图像处理技术提取步骤一沥青混合料的断面图像的砂浆位置矩阵，根据砂浆位置矩阵，从步骤二的沥青混合料应变场中提取砂浆位置应变场，得到数字散斑实测砂浆位置应变场分布；

四、根据沥青混合料的断面图像中集料位置矩阵和砂浆位置矩阵，(离散元建模过程中)在砂浆像素点位置构建砂浆颗粒，在集料像素点位置构建集料颗粒，设置离散元模型参数，从而建立沥青混合料间接拉伸试验离散元模型；

五、在离散元模拟过程中，施加与步骤一中间接拉伸试验过程相同的荷载参数，并获得砂浆颗粒位置变化，进而得出基于离散元计算的砂浆应变场分布；

六、通过比较基于离散元计算的砂浆应变场均值与数字散斑实测砂浆位置应变场均值，进而量化两者应变场均值的差异，通过公式(1)计算应变场计算误差；

式中：P—应变场计算误差百分率；

ε_DEM——某一加载时刻离散元计算应变场均值；

ε_DIC——某一加载时刻数字散斑实测应变场均值；

七、将应变场计算误差百分率P作为评价离散元建模精确性的细观评价指标，若P值超过建模误差要求，则对步骤四中离散元模型参数进行调整，直至误差百分率P小于误差要求，从而完成基于数字散斑方法的离散元图像建模。