[发明专利]一种多孔沥青混合料二维空隙率数值生成方法

说明书

本发明公开了一种多孔沥青混合料二维空隙率数值生成方法，包含以下步骤：依据混合料级配曲线，生成指定数量的各个粒径随机多边形粗骨料；依据不覆盖、不超限原则，在指定二维区域内投放多边形粗骨料；将已获取的投放结果进行图像增强处理；基于四参数随机生长算法，在空隙范围内指定生长核分布概率及各方向生长概率，生成沥青砂浆颗粒；识别并划分骨架、砂浆及空隙，赋予微观参数。本发明对于道路工程数值模拟具有重要意义，能够较好的控制空隙分布均匀，极大提高实用性。

技术领域

本发明涉及一种多孔沥青混合料二维空隙率数值生成方法，属于道路工程技术领域。

背景技术

多孔沥青混合料凭借其大空隙的特征，因而具有良好的排水降噪性能，因此对于其内部空隙的研究至关重要。由于沥青混合料本身的不透明性，其内部的空隙结构不能直观可视。随着CT扫描技术的发展，这种方法能够准确重构出混合料内部空隙结构，但此方法耗时长、成本高。为方便对孔隙结构进行研究，国内外研究学者尝试了多种方法。现阶段，随机生成孔隙结构的方法主要分为两种，一种是骨料随机投放的方法，一种是空隙/集料像素点随机生长的方法。第一种方法接近路面结构的实际生成过程，且级配曲线较为稳定，但只能用于骨架的生成，砂浆和沥青实际还是需要随机分布生成，且速度较慢；第二种方法适用于骨架、砂浆以及沥青各组分的半随机生成，使得沥青砂浆的分布具有一定规律性，生成速度较快，但不能很好反映沥青混凝土本身的级配曲线特性。

本发明基于上述两种空隙随机生成技术的优点及不足，提出了一种基于随机生长算法的多孔沥青混合二维空隙率数值生成方法，采用骨料投放的方法首先生成粗骨料骨架，然后在剩余区域，设定生长相为空隙相，并设置初始生长核分布、各方向初始生长概率以及目标空隙率，遍历区域内所有坐标，直至达到目标空隙率。本发明所提出的二维空隙率生成方法相比单一的四参数随机生长算法生成空隙，能够更好的拟合实际混合料成型过程，准确表征其级配曲线特征；在现有骨料投放方法基础上，避开了细集料投放过程，大幅度提升了多孔沥青混合料二维空隙生成的效率。本发明所提出的方法对于道路工程数值模拟具有重要意义，能够较好的控制空隙分布均匀，极大提高实用性。

发明内容

本发明的目的是提出一种多孔沥青混合料二维空隙率数值生成方法，以解决现存技术存在的不足，本发明的技术方案为：

（1）依据混合料级配曲线，生成指定数量的各个粒径随机多边形粗骨料；

（2）依据不覆盖、不超限原则，在指定区域内投放；

（3）将已获取的投放结果进行图像增强处理；

（4）基于四参数随机生长算法，在空隙范围内指定生长核分布概率及各方向生长概率，生成沥青砂浆颗粒；

（5）识别并划分骨架、砂浆及空隙，赋予微观参数。

作为本发明的进一步改进，所述步骤（1）中，依据混合料级配曲线，计算不同粒径区间的粗集料颗粒数量，随机生成指定粒径区间指定数量的多边形颗粒，并将此作为粗集料颗粒。

作为本发明的进一步改进，在所述步骤（2）中，在指定边界范围内，按照粒径由大到小的顺序，依次逐个投放粗集料颗粒，每一次投放应满足此次投放的颗粒与已投放完毕颗粒不重叠，若发生重叠，则投放失败，进行下一次投放，直至所有颗粒投放完成。

作为本发明的进一步改进，在所述步骤（4）中，基于四参数随机生长算法，设定四个初始参数：构造区域内随机分布的生长核𝑃𝑐d、不同方向上给定的生长概率𝑃d𝑖、目标空隙率n以及空隙构造中相互影响的概率密度。

作为本发明的进一步改进，在所述步骤（4）中，设定多孔结构的边界，例如该多孔结构边界为长方体时，则设置长、宽、高。

作为本发明的进一步改进，在所述步骤（4）中，在预设的多孔结构边界内部预设随机空隙的生长核，生长核分布概率为，依据这一分布概率在结构体内部随机生成生长核，生长核用于规定空隙生长的初始节点。