[发明专利]一种计算沥青混合料界面热阻和界面热导系数的方法

说明书

本发明公开了一种计算沥青混合料界面热阻和界面热导系数的方法，包括建立沥青混合料体系的界面传热模型，界面传热模型的构成为二氧化硅层‑沥青层‑二氧化硅层；本发明通过建立沥青混合料体系的界面传热模型来表征沥青混合料分子结构，在Langevin方法的基础上，建立了沥青混合料系统不同温度下的热源和热汇区域，从而实现了热流的形成和传热过程的模拟，将为沥青混合料热性能的研究提供一条新的途径，促进路面材料在微观范围内的发展。

技术领域

本发明涉及道路工程技术领域，特别地，涉及一种计算沥青混合料界面热阻和界面热导系数的方法。

背景技术

沥青路面除了受到交通荷载的作用，不同时间(一天之内白天热、夜间冷；一年之内夏季炎热，冬季寒冷)的温度差所引起的应变对于路面性能也至关重要。此外，温度分布在路面结构的整个厚度上变化；例如，路面的顶部是温暖的，路面的底部是相对冷的，并且在夜间，路面的顶部比路面的底部更冷。在低温下，沥青路面产生局部应力。当应力超过材料的断裂强度时，引起沥青路面中热裂纹的产生。在高温下，与交通荷载相耦合的热应变引起沥青路面的车辙或永久变形。在实际领域中，温度在整个白天变化，并且在一天的某些部分，路面由于低温而经历收缩，并且路面的某些部分由于高温而经历膨胀。因此，研究路面的温度效应对于沥青路面的可持续设计和施工是非常重要的。

发明内容

本发明的目的在于提供一种计算沥青混合料界面热阻和界面热导系数的方法，以解决背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供了一种计算沥青混合料界面热阻和界面热导系数的方法，其特征在于，包括建立沥青混合料体系的界面传热模型，所述界面传热模型的构成为二氧化硅层-沥青层-二氧化硅层；所述界面传热模型的建立方法包括以下步骤：

(1)、在沥青层的热传导方向也即z方向的两端各构建一个二氧化硅层，形成沥青混合料体系；

(2)、沿z方向，在所述沥青混合料体系的两端各设置一个固定约束层，所述固定约束层均属于二氧化硅层的一部分；

(3)、将靠近一个所述固定约束层的一定长度的二氧化硅层设置为热源区域，，将靠近另一个固定约束层的一定长度的二氧化硅层设置为热汇区域，并对所述沥青混合料体系从热源区域往热汇区域由高至低依次设置不同的温度，以形成温度梯度；

(4)、将沥青混合料体系在NPT系综下跑动，使整个体系达到初始平衡状态；

(5)、将沥青混合料体系在NVT系综下跑动，确保计算体系得到进一步的优化；

(6)、利用Langevin热浴法分别对热源和热汇区域进一步设置具体的温度，在NVE系综下跑动，所述沥青混合料热传递体系产生热流J；即形成了所述沥青混合料体系的界面传热模型。

进一步的，所述二氧化硅层的构建方法包括以下步骤：首先在Material Studio软件中导入二氧化硅晶胞；再在z方向切割二氧化硅晶胞，得到二氧化硅晶胞界面，同时将该晶胞界面的几何形状修正为正交形状；基于所述二氧化硅晶胞界面结构，在x方向和y方向重复二氧化硅晶胞单元，直到二氧化硅超晶胞在x方向和y方向的长度与所述沥青层的相应尺寸相等时，即获得二氧化硅超晶胞结构；在z方向添加用于隔绝所述沥青层与二氧化硅层分子间相互作用的真空层，得到最终的二氧化硅层结构。

进一步的，所述固定约束层的厚度为所述热源区域与热汇区域之间长度的8～12％，所述固定约束层中分子的应力、速度和位移均设为零。

进一步的，所述热源区域和热汇区域的厚度分别为所述热源区域和热汇区域之间长度的8～12％，整个所述沥青混合料体系沿z方向分为n块。

进一步的，所述沥青混合料体系在NPT系综下跑动1e6～2e6时步；在NVT系综下再跑动100ps；在NVE系综下跑动200ps；所述NPT系综中，x和y方向的压力p＝1.0atm。