[发明专利]一种随机构建沥青混合料多层次结构仿真模型的方法

摘要

本发明公开了一种随机构建沥青混合料多层次结构仿真模型的方法，通过在不同预设空间内定义生成不同体积、不同级配特征的单元，通过对每个预设空间内的单元相互组合并处理，最后建立沥青混合料多层次结构仿真模型，本发明使得沥青混合料细观结构模型的建立能够摆脱试验设备与图像处理技术等条件的束缚，同时也能实现空隙的捕捉，降低了试验的复杂性，也降低了试验的成本。

主权项

一种随机构建沥青混合料多层次结构仿真模型的方法，其特征在于，包括以下步骤：(10)在建模平台上生成三个预设空间，并定义生成的沥青混合料中沥青含量和空隙率；(20)在第一预设空间内随机生成带有级配特征的基骨料单元球；(30)在第二预设空间内生成体积相等并规则排列的单元球；(40)根据步骤(20)中带有级配特征的基骨料单元球的球心坐标和半径在第二预设空间内定义处理区域，对处理区域进行不规则处理后生成集料单元；(50)在第三预设空间内生成与步骤(40)中生成的集料单元相同的集料单元，在集料单元外的空间内随机生成不同半径的空隙单元球；(60)将第三预设空间内生成的空隙单元球位置和大小的信息输入到第二预设空间内，将包含在空隙单元球内部的单元球删除；其中，步骤(20)中所述生成带有级配特征的基骨料单元球的方法为：(201)定义集料与沥青胶浆的划分粒径dagg‑mas，粒径大于划分粒径dagg‑mas的集料由n档料组成，根据要生成沥青混合料中集料的百分比获得粒径大于dagg‑mas的粗集料的体积Vagg；(202)根据第i档集料的体积百分比获得第i档集料的体积Vagg‑i，i＝1,2…,n；(203)第i档集料中最大粒径为dmax(i)，最小粒径为dmin(i)，将该档集料的平均粒径作为基骨料单元球的直径，计算一个基骨料单元球的体积Vball‑i；(204)根据(Vagg‑i/Vball‑i)计算得到第i档基骨料单元球的生成数量Ni；(205)在第一预设空间内生成随机分布、互不重叠的，直径在dmin(i)～dmax(i)范围内随机均匀分布的Ni个基骨料单元球；(206)重复步骤(202)‑(205)，实现带有级配特征的n档基骨料单元球的随机生成；(207)对生成的所有基骨料单元球体积求和，将所求结果与该档集料实际体积比较，若基骨料单元球体积之和较大，则删除多余单元；反之，按照上述步骤补充，直到满足实际体积；步骤(40)中所述集料单元生成方法为：(4011)定义处理区域为立方体，带有级配特征的基骨料单元球球心O(xo,yo,zo)和直径2R分别为立方体的中心和边长，随机生成切割面Π的一个法向量法向量的方向余弦式中，α、β和γ分别为向量与坐标轴的夹角；(4012)立方体中心坐标O(xo,yo,zo)到切割面Π之间的距离为式中，urand为区间(0,1)上均匀分布的伪随机数，R为基骨料单元的半径；为设定角度，(4013)以ξ作为线段的长度，作为线段方向，则线段与切割面Π的交点Mc(xc,yc,zc)的坐标通过下式确定：xc＝xo+ξ×cosα,yc＝yo+ξ×cosβ,zc＝zo+ξ×cosγ；(4014)执行m次步骤(4011)‑(4013)随机生成m个切割面，删除立方体区域内，但在由切割面或切割面和立方体的面包围并包含立方体中心的区域外的单元球，剩下的单元球组成的多面体为集料单元；或者，步骤(40)中所述集料单元生成方法为：(4021)定义处理区域为椭球形，其中，基骨料单元球的球心坐标和直径分别为椭球的球心坐标和长轴，并设定生成后的集料单元的圆弧度SI、扁平度FR；(4022)将步骤(4021)中设置的值代入集料单元的圆弧度SI和扁平度FR的计算公式中获得椭球的短轴和第三条轴的长度，其中，式中，a≥b≥c，2a为椭球的长轴的长度，2c为椭球的短轴的长度；2b为椭球第三条轴的长度；(4023)定义一个截距式平面方程式中，A、B、C分别表示步骤(4022)中获得的a、b和c的值；(4024)代表了具有一个破碎面的椭球区域，重复步骤(4021)‑(4023)获得不同组a、b和c的值，通过多组平面方程获得集料单元。