【正文】 ； (4)采用基于數字圖像處理技術的有限元分析方法 (DIPFEM)，提出瀝青混合料 IDT 劈裂試驗的二維微細觀結構有限元建模方法，采用 ABAQUS 有限元分析軟件，對 IDT 劈裂試驗進行非線性數值模擬，重點分析了加載方向、空隙分布、加載速率、集料砂漿模量比等因素對 IDT 劈裂試 驗的影響規(guī)律，對 Marshall 成型的 AC16 試件與 SMA16試件、對 SGC 成型與 Marshall成型的 AC16 試件的力學特性進行有限元模擬，分析級配型式與成型方式對瀝青混合料內部集料與砂漿力學特性的影響。 然而，并未從根本上揭示混合料內部結構特征對宏觀性能的影響關系，從而出現了統(tǒng)計指標 (諸如級配、瀝青用量、空隙率等 )相同而各試件性能有較大差異的情況。 (8)在瀝青混合料內部，集料點位處的應力顯著地高于砂漿點位處的應力水平，可以初步判斷，應力在瀝青混合料內部的傳遞規(guī)律為 “ 遇強則強 ” ，即對于模量高的集料，其承擔的應力將顯著高于模量低的砂漿。 (6)提出運用數字圖像手段來檢測粗集料級配特征的評價方法。對于相同巖性的集料顆粒，顆粒的軸向系數呈伽瑪分布；隨著集料粒徑的增大，其軸向系數呈下降趨勢；隨著集料顆粒粒徑的增大，顆粒的圓度值越接近于 1，顆粒形狀越接近于圓。 (2)SGC 旋轉壓實成型試件內部空隙的層位分布與橫向分布的變異性顯著大于Marshall 擊實成型試件。 本文圍繞瀝青混合料的微細觀結構分析為主線，從瀝青混合料內部結構識別與分析、到粗集料形態(tài)特征研究方法與分析指標、進而研究瀝青砂漿粘彈性的模型與參數，建立混合料細觀結構的虛擬試驗模型并闡述集料與砂漿的作用關系，以及內部結構特征與外部荷載與變形的相互關系，從而揭示瀝青混合料的受力機理，為工程實踐應用提供一定的理論指導。 正文內容 目前，傳統(tǒng)的 Marshall 設計法與 SuperpaveTM 設計 法多限于采用表象法、從統(tǒng)計角度研究瀝青混合料的性能，即研究瀝青混合料宏觀品質 (級配、空隙率、密度、瀝青含量等 )與路用性能間 (高溫抗車轍、低溫抗裂、疲勞等 )的關系。通過 ABAQUS 軟件對瀝青砂漿的蠕變試驗進行模擬計算，瀝青砂漿靜壓蠕變試驗結果、 Burgers 模型解析解與基于 Burgers 模型的 ABAQUS 有限元解具有良好的 一致性。顆粒粗糙度與分形維數兩個圖像評價指標與常規(guī)評價指標間具有良好的相關性。 (4)提出了軸向系數 (Aspect)、圓度(Roundness)兩個指標來表征粗集料的二維形狀特征。 SGC 旋轉壓實成型試件，在試件的高度方向上，空隙分布總體上呈現 “ 兩頭大，中間小 ” 的特性；在試件的橫向分布上，對于 AC16與 SMA16 試件，其空隙較多地分布在試件邊緣，試件呈 “ 外疏內密 ” 狀態(tài)。 隨著先進的材料測試技術與手段的不斷完善，計算機軟硬件水平的不斷提高，使瀝青混合料微細觀結構的研究與虛擬試驗研究成為可能。道路與鐵道工程專業(yè)畢業(yè)論文 [精品論文 ] 瀝青混合料微細觀結構及其數值仿真研究 關鍵詞：瀝青混合料 微細觀結構 數字圖像處理 空隙分布 瀝青砂漿 劈裂試驗 數值模擬 摘要：目前，傳統(tǒng)的 Marshall 設計法與 SuperpaveTM 設計法多限于采用表象法、從統(tǒng)計角度研究瀝青混合料的性能，即研究瀝青混合料宏觀品質 (級配、空隙率、密度、瀝青含量等 )與路用性能間 (高溫抗車轍、低溫抗裂、疲勞等 )的關系。 本文圍繞瀝青混合料的微細觀結構分析為主線，從瀝青混合料內部結構識別與分析、到粗集料 形態(tài)特征研究方法與分析指標、進而研究瀝青砂漿粘彈性的模型與參數，建立混合料細觀結構的虛擬試驗模型并闡述集料與砂漿的作用關系，以及內部結構特征與外部荷載與變形的相互關系，從而揭示瀝青混合料的受力機理，為工程實踐應用提供一定的理論指導。 (2)SGC 旋轉壓實成型試件內部空隙的層位分布與橫向分布的變異性顯著大于Marshall 擊實成型試件。對于相同巖性的集料顆粒，顆粒的軸向系數呈伽瑪分布；隨著集料粒徑的增大，其軸向系數呈下降趨勢；隨著集料顆粒粒徑的增大，顆粒的圓度值越接近于 1，顆粒形狀越接近于圓。 (6)提出運用數字圖像手段來檢測粗集料級配特征的評價方法。 (8)在瀝青混合料內部，集料點位處的應力顯著地高于砂漿點位處的應力水平，可以初步判斷，應力在瀝青混合料內部的傳遞規(guī)律為 “ 遇強則強 ” ，即對于模量高的集料，其承擔的應力將顯著高于模量低的砂漿。 然而，并未從根本上揭示混合料內部結構特征對宏觀性能的影響關系，從而出現了統(tǒng)計指標 (諸如級配、瀝青用量、空隙率等 )相同而各試件性能有較大差異的情況。 本文主要針對以下內容展開研究： (1)采用 Xray CT無損掃描與數碼相位切割掃描對不同成型方式 (Marshall擊實與 SGC旋轉壓實 )、不同級配形式 (、 SMA16 與 OGFC16)瀝青混合料的內部特征進行定量研究，其中重點分析了混合料內部空隙與集料的分布特性； (2)基于數字圖像處理技術，自行研制開發(fā)的 MASCA 系統(tǒng) (粗集料形態(tài)特征分析系統(tǒng) )，對粗集料的形狀、棱角特征進行定量評價，并對粗集料的圖像級配特征進行了探索性研究； (3)針對前期研究中的三種瀝青混合料，選擇合理的砂漿粘彈性力學模型，提出砂漿組成設計方法，對相應的三種瀝青砂漿 (AC1 SMA16與 OGFC16砂漿 )的 粘彈性參數進行蠕變試驗研究，并采用有限元軟件 ABAQUS 對其粘彈性力學性能進行驗證與初步分析； (4)采用基于數字圖像處理技術的有限元分析方法 (DIPFEM)，提出瀝青混合料 IDT 劈裂試驗的二維微細觀結構有限元建模方法，采用 ABAQUS 有限元分析軟件，對 IDT 劈裂試驗進行非線性數值模擬，重點分析了加載方向、空隙分布、加載速率、集料砂漿模量比等因素對 IDT 劈裂試驗的影響規(guī)律，對 Marshall 成型的 AC16 試件與 SMA16試件、對 SGC 成型與 Marshall成型的 AC16 試件的力學特性進行有限元模 擬，分析級配型式與成型方式對瀝青混合料內部集料與砂漿力學特性的影響。 SMA 瀝 青混合料的內部空隙無論是在層位分布上還是在橫向分布上均體現出很大的變異性。 (5)采用顆粒周長 法與分形幾何法，分別提出顆粒粗糙度 (Roughness)與分形維數 (FD)來表征集料顆粒的棱角特征。經篩孔轉換后，圖像級配與室內機械篩分級配的平均誤差小于5％，具有很好的精度。 (9)對于非均質的瀝青混凝土復合材料，砂漿與集料應變分布的非協(xié)調性是導致其產生破壞的主要原因之一。 瀝青混合料的細觀與微觀結構 (集料形狀、尺寸、棱角 及集料在混合料中的空間分布狀況，瀝青薄膜厚度，瀝青砂漿的空間分布等 )對混合料的性能起到重要的影響。 通過上述內容的研究，可以得出如下研究結論： (1)空隙在瀝青混合料內部呈不均勻分布，其變異性大小受成型方式與級配型式的影響。 (3)從瀝青混合料橫向剖面的圖像級配曲線來看，圖像級配的走向、規(guī)律、范圍與實際級配有著較好的相關性，圖像級配在一定程度上可以反映實際級配狀況。粗糙度與分形維數均能較好的體現集料顆粒的棱角特性，石灰?guī)r、花崗巖、玄武巖與安山巖的棱角性差異并不顯著，卵石顆粒的棱角性顯著地小于其它四種集料。 (7)提出了 Burgers 模型向 Prony 級數系數的轉換方法。尤其對于集料砂漿的交界面處，砂漿物質與集料物質應變體現出極大的不協(xié)調性，這將直接導致瀝青混合料在承載狀態(tài)下的逐漸破壞。 隨著先進的材料測試技術與手段的不斷完善，計算機軟硬件水平的不斷提高，使瀝青混合料微細觀結構的研究與虛擬試驗研究成為可能。 SGC 旋轉壓實成型試件 ，在試件的高度方向上，空隙分布總體上呈現 “ 兩頭大，中間小 ” 的特性；在試件的橫向分布上，對于 AC16與 SMA16 試件，其空隙較多地分布在試件邊緣，試件呈 “ 外疏內密 ” 狀態(tài)。 (4)提出了軸向系數 (Aspect)、圓度(Roundness)兩個指標來表征粗集料的二維形狀特征。顆粒粗糙度與分形維數兩個圖像評價指標與常規(guī)評價指標間具有良好的相關性。通過 ABAQUS 軟件對瀝青砂漿的蠕變試驗進行模擬計算，瀝青砂漿靜壓蠕變試驗結果、 Burgers 模型解析解與基于 Burgers 模型的 ABAQUS 有限元解具有良好的一致性。 目前，傳統(tǒng)的 Marshall 設計法與 SuperpaveTM 設計法多限于采用表象法、從統(tǒng)計角度研究瀝青混合料的性能，即研究瀝青混合料宏觀品質 (級 配、空隙率、密度、瀝青含量等 )與路用性能間 (高溫抗車轍、低溫抗裂、疲勞等 )的關系。 本文圍繞瀝青混合料的微細觀結構分析為主線，從瀝青混合料內部結構識別與分析、到粗集料形態(tài)特征研究方法與分析指標、進而研究瀝青砂漿粘彈性的模型與參數，建立混合料細觀結構的虛擬試驗模型并闡述集料與砂漿的作用關系，以及內部結構特征與外部荷載與變形的相互關系，從而揭示瀝青混合料的受力機理，為工程實踐應用提供一定的理論指導。 (2)SGC 旋轉壓實成型試件內部空隙的層位分布與橫向分布的變異性顯著大于Marshall 擊實成型試件。對于相同巖性的集料顆粒，顆粒的軸向系數呈伽瑪分布；隨著集料粒徑的增大，其軸向系數呈下降趨勢；隨著集料顆粒粒徑的增大，顆粒的圓度值越接近于 1，顆粒形狀越接近于圓。 (6)提出運用數字圖像手段來檢測粗集料級配特征的評價方法。 (8)在瀝青混合料內部，集料點位處的應力顯著地高于砂漿點位處的應力水平，可以初步判斷，應力在瀝青混合料內部的傳遞規(guī)律為 “ 遇強則強 ” ，即對于模量高的集料，其承擔的應力將顯著高于模量低的砂漿。 然而，并未從根本上揭示混合料內部結構特征對宏觀性能的影響關系，從而出現了統(tǒng)計指標 (諸如級配、瀝青用量、空隙率等 )相同而各試件性能有較大差異的情況。 本文主要針對以下內容展開研究： (1)采用 Xray CT無損掃描與數碼相位切割掃描對不同成型方式 (Marshall擊實與 SGC旋轉壓實 )、不同級配形式 (、 SMA16 與 OGFC16)瀝青混合料的內部特征進行定量研究，其中重點分析了混合料內部空隙與集料的分布特性； (2)基于數字圖像處理技術，自行研制開發(fā)的 MASCA 系統(tǒng) (粗集料形態(tài)特征分析系統(tǒng) )，對粗集料的形狀、棱角特征進行定量評價，并對粗集料的圖像級配特征進行了探索性研究； (3)針對前期研究中的三種瀝青混合料，選擇合理的砂漿粘彈性力學模型，提出砂漿組成設計方法，對相應 的三種瀝青砂漿 (AC1 SMA16與 OGFC16砂漿 )的粘彈性參數進行蠕變試驗研究，并采用有限元軟件 ABAQUS 對其粘彈性力學性能進行驗證與初步分析； (4)采用基于數字圖像處理技術的有限元分析方法 (DIPFEM)，提出瀝青混合料 IDT 劈裂試驗的二維微細觀結構有限元建模方法，采用 ABAQUS 有限元分析軟件，對 IDT 劈裂試驗進行非線性數值模擬，重點分析了加載方向、空隙分布、加載速率、集料砂漿模量比等因素對 IDT 劈裂試驗的影響規(guī)律，對 Marshall 成型的 AC16 試件與 SMA16試件、對 SGC 成型與 Marshall成型的 AC16 試件的力學特性進行有限元模擬，分析級配型式與成型方式對瀝青混合料內部集料與砂漿力學特性的影響。 SMA 瀝青混合料的內部空隙無論是在層位分布上還是在橫向分布上均體現出很大的變異性。 (5)采用顆粒周長法與分形幾何法，分別提出顆粒粗糙度 (Roughness)與分形維數 (FD)來表征集料顆粒的棱角特征。經篩孔轉換后，圖像級配與室內機械篩分級配的平均誤差小于5％，具有很好的精 度。 (9)對于非均質的瀝青混凝土復合材料，砂漿與集料應變分布的非協(xié)調性是導致 其產生破壞的主要原因之一。 瀝青混合料的細觀與微觀結構 (集料形狀、尺寸、棱角及集料在混合料中的空間分布狀況，瀝青薄膜