【摘要】：隨著計(jì)算機(jī)圖形圖像技術(shù)的發(fā)展,細(xì)觀力學(xué)數(shù)值仿真技術(shù)作為一種基于瀝青混合料細(xì)觀結(jié)構(gòu)的分析技術(shù),有效提升了瀝青混合料路用性能的預(yù)測(cè)精度,獲得了越來(lái)越廣泛的應(yīng)用�；旌狭霞�(xì)觀數(shù)值模型是進(jìn)行可靠仿真的基礎(chǔ)和前提,其中,集料在混合料材料組分中占比最大,其數(shù)值表示對(duì)混合料細(xì)觀仿真的精度及規(guī)模有著十分重要的影響。本文基于集料的X-ray CT斷面掃描圖像,運(yùn)用計(jì)算機(jī)圖形圖像技術(shù)完成集料的三維實(shí)體重構(gòu),在此基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)集料自適應(yīng)數(shù)值建模算法,實(shí)現(xiàn)集料三維離散元及有限元數(shù)值模型的參數(shù)化自動(dòng)構(gòu)建,主要內(nèi)容如下:(1)檢測(cè)X-ray CT圖像中集料的二維輪廓像素,以構(gòu)建集料輪廓線(xiàn)框模型,并確定集料與其在各圖層中輪廓的映射關(guān)系,使用三維造型引擎ACIS完成集料的三維實(shí)體重構(gòu)。(2)開(kāi)發(fā)集料表面的球體擬合算法,使用球形單元對(duì)集料實(shí)體模型的三維表面進(jìn)行精度可控的擬合,并充實(shí)模型內(nèi)部空間,獲得對(duì)集料形狀的球形單元擬合結(jié)果,在此基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)質(zhì)量屬性標(biāo)定算法,以集料的質(zhì)量屬性標(biāo)定該擬合結(jié)果,從而獲得集料三維離散元模型。(3)開(kāi)發(fā)集料表面的三角面片離散算法,將集料實(shí)體模型的三維表面離散為表面偏差可控的三角面片集合,進(jìn)而開(kāi)發(fā)基于單元質(zhì)量控制的四面體單元剖分算法,從集料表面三角面片出發(fā),完成四面體單元的生成、細(xì)分及優(yōu)化,獲得集料三維有限元模型。經(jīng)過(guò)對(duì)大量真實(shí)集料的三維重構(gòu)及數(shù)值建模實(shí)驗(yàn),本文提出的集料離散元自適應(yīng)建模方法,能夠在控制集料表面擬合精度的前提下生成占用原集料99%以上體積的離散元模型,與現(xiàn)有離散元建模方法相比,大幅降低了模型的單元數(shù)量,并可導(dǎo)入離散元主流仿真軟件PFC~(3D);而本文提出的有限元自適應(yīng)建模方法,亦能在控制集料表面擬合精度的前提下生成優(yōu)質(zhì)四面體單元,與通用有限元軟件的網(wǎng)格劃分模塊相比,本文方法大幅降低了四面體單元數(shù)量,并可導(dǎo)入有限元主流仿真軟件ANSYS。從而有效提升混合料數(shù)值建模的自動(dòng)化、可靠性及效率。
【圖文】：

結(jié)果如圖2.2(c)所示。然而對(duì)于緊密接觸的兩個(gè)集料，依據(jù)二值化處理獲得的圖像，使用軟件自動(dòng)生成二維輪廓，往往無(wú)法將兩個(gè)集料自動(dòng)分離，因此需要開(kāi)發(fā)邊界識(shí)別算法，自動(dòng)識(shí)別 CT 圖像中的集料輪廓，并生成閉合輪廓曲線(xiàn)。集料輪廓識(shí)別技術(shù)目前已經(jīng)相對(duì)成熟，并不是本文研究的重點(diǎn)。圖 2.2 圖像處理過(guò)程圖Fig 2.2 Processes of image processing2.3 集料三維實(shí)體重構(gòu)2.3.1 集料與輪廓間映射關(guān)系構(gòu)建在對(duì)試件進(jìn)行 CT 掃描和圖像處理后，即可獲得包含集料二維輪廓圖像的若干圖層，每一層都同時(shí)記錄不同集料在該層的斷面信息。為了完成集料二維圖像到三維圖形的轉(zhuǎn)化，首先需要對(duì)分布在不同圖層中的輪廓進(jìn)行區(qū)分，以提取目標(biāo)集料的所有二維輪廓。根據(jù)不同集料之間的相對(duì)位置關(guān)系及空間絕對(duì)位置，將相鄰圖層中集料輪廓分別映射，以此辨識(shí)出所有圖層中同屬一個(gè)集料的輪廓，并將其按照掃描順序和間距排列，如圖 2.3(a)所示。2.3.2 集料二維輪廓圖形化建模在完成 X 射線(xiàn) CT 圖像處理后，生成集料二維輪廓圖，此時(shí)的輪廓圖是由若干像素點(diǎn)緊密排列組成。一般來(lái)講，表征集料輪廓的關(guān)鍵點(diǎn)越多，表示的輪廓越接近于真實(shí)情況。然而關(guān)鍵點(diǎn)越多，建模工作量越大，數(shù)值仿真效率越低。因此

集料關(guān)鍵點(diǎn)的選取主要遵循以下四個(gè)原則:（1）曲率越大，取點(diǎn)密度越大以保證曲線(xiàn)輪廓平緩過(guò)渡；（2）曲率轉(zhuǎn)折點(diǎn)盡量作為關(guān)鍵點(diǎn)，用以保留轉(zhuǎn)息；（3）關(guān)鍵點(diǎn)在上下掃描層之間盡可能相對(duì)應(yīng)，用以避免蒙皮操作出現(xiàn)；（4）替代直線(xiàn)與輪廓曲線(xiàn)滿(mǎn)足精度要求，用以保證實(shí)體模型與真實(shí)集料擬合。對(duì)于基于集料的 CT 圖像，其二維輪廓較為規(guī)則與光滑，根據(jù)以上四則可以編寫(xiě)選取關(guān)鍵點(diǎn)算法，而對(duì)于瀝青混合料，則需要人工取點(diǎn)。在選取關(guān)鍵點(diǎn)后，調(diào)用 ACIS api_make_wire 函數(shù)即生成閉合的多邊形輪圖 2.3(a)所示。3.3 集料三維建模使用三維造型引擎 ACIS 的蒙皮操作，對(duì)線(xiàn)框表面平緩擬合，，獲得表面閉集料三維輪廓，并自動(dòng)完成內(nèi)部填充。本文采用的建模方法是基于現(xiàn)有開(kāi)發(fā)為成熟建模方法，具體的建模過(guò)程與方法，所在課題組先前工作中已經(jīng)詳細(xì)，這里不再贅述，通過(guò)圖像處理與集料二維輪廓建模等工作后，最終得到如3(b)所示的集料顆粒三維實(shí)體模型。
【學(xué)位授予單位】：合肥工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類(lèi)號(hào)】：U414

【相似文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 沈美榮;龐曉偉;柏莉萍;;C++程序在集料級(jí)配設(shè)計(jì)中的應(yīng)用[J];山西建筑;2008年33期

2 郝舒微;;集料級(jí)配對(duì)瀝青混合料馬歇爾實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響[J];交通世界(建養(yǎng).機(jī)械);2010年01期

3 趙明華,馬紅;集料級(jí)配組成設(shè)計(jì)的方法研究[J];中南公路工程;1996年03期

4 馮立輝;;集料級(jí)配對(duì)馬歇爾實(shí)驗(yàn)的影響[J];交通科技;2008年03期

5 畢永山;;集料級(jí)配對(duì)混合料疲勞特性的影響研究[J];河北能源職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào);2006年03期

6 韓亞麗;石振武;;集料級(jí)配變異性對(duì)瀝青路面壓實(shí)度的影響[J];低溫建筑技術(shù);2010年11期

7 扈惠敏;沙愛(ài)民;孫業(yè)香;;瀝青面層集料級(jí)配分布特征與質(zhì)量控制[J];長(zhǎng)安大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);2009年05期

8 郝靜華;;多孔混凝土原材料技術(shù)要求、成型方法及集料級(jí)配設(shè)計(jì)[J];公路交通科技(應(yīng)用技術(shù)版);2007年02期

9 趙高峰;張偉;;集料級(jí)配對(duì)瀝青混凝土工作性能的影響綜述[J];四川建材;2019年02期

10 聶小敏;;集料級(jí)配對(duì)薄層快速修補(bǔ)砂漿的影響[J];現(xiàn)代物業(yè)(中旬刊);2019年06期

相關(guān)會(huì)議論文 前6條

1 叱干春旺;許志鴻;楊瑞華;張超;;瀝青混合料集料級(jí)配的分形特征[A];江蘇省公路學(xué)會(huì)優(yōu)秀論文集（2006-2008）[C];2009年

2 陳國(guó)強(qiáng);;基于最大密實(shí)度曲線(xiàn)理論的微表處集料級(jí)配范圍設(shè)計(jì)方法研究[A];2014年10月建筑科技與管理學(xué)術(shù)交流會(huì)論文集[C];2014年

3 鄭南翔;吳傳海;;高性能二灰碎石混合料(HPLFA)集料級(jí)配研究[A];中國(guó)公路學(xué)會(huì)2004年學(xué)術(shù)年會(huì)論文集[C];2004年

4 李品壽;;水泥穩(wěn)定碎石施工級(jí)配及裂縫防治研究[A];全國(guó)城市公路學(xué)會(huì)第十六屆（2007）學(xué)術(shù)年會(huì)論文集[C];2007年

5 扈惠敏;沙愛(ài)民;;瀝青路面集料級(jí)配變異性分析[A];2004年道路工程學(xué)術(shù)交流會(huì)論文集[C];2004年

6 于洪興;趙可;魏連雨;;粗集料級(jí)配對(duì)SMA混合料的影響[A];天津市市政（公路）工程研究院院慶五十五周年論文選集（1950～2005）下冊(cè)[C];2005年

相關(guān)重要報(bào)紙文章 前1條

1 李俊良 本報(bào)記者 劉乾輝;搶進(jìn)度升質(zhì)量 樹(shù)起“樣板路”[N];廣元日?qǐng)?bào);2009年

相關(guān)博士學(xué)位論文 前2條

1 錢(qián)振宇;瀝青路面集料抗磨損性能多尺度評(píng)價(jià)方法研究[D];北京科技大學(xué);2018年

2 付其林;開(kāi)級(jí)配大粒徑瀝青碎石組成設(shè)計(jì)參數(shù)與方法研究[D];長(zhǎng)安大學(xué);2011年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前10條

1 李守國(guó);瀝青混合料中基于真實(shí)形狀的集料多精度數(shù)值建模方法研究[D];合肥工業(yè)大學(xué);2019年

2 徐鵬程;再生砼磚混合集料破碎分形規(guī)律與路面基層或底基層用集料級(jí)配確定方法[D];中北大學(xué);2019年

3 蘇賞;內(nèi)蒙古東北部高寒地區(qū)集料與瀝青粘附特性研究[D];內(nèi)蒙古大學(xué);2019年

4 李小康;集料的棱角特性及表征方法[D];重慶交通大學(xué);2018年

5 廖能武;精益制造集料特性對(duì)瀝青混合料性能的影響[D];重慶交通大學(xué);2018年

6 汪培松;基于三維實(shí)體建模的集料形態(tài)學(xué)特征量化方法研究[D];合肥工業(yè)大學(xué);2018年

7 楊敏;再生建筑集料用于路面粒料層的工程特性試驗(yàn)研究[D];長(zhǎng)沙理工大學(xué);2017年

8 吳曉明;基于數(shù)字圖像處理的集料幾何特征研究[D];長(zhǎng)安大學(xué);2018年

9 肖上霖;瀝青—集料界面粘脫滑移特征行為及細(xì)觀粘彈蠕變性能研究[D];浙江師范大學(xué);2018年

10 周琳琳;摻加玻璃集料的環(huán)氧瀝青混合料性能研究[D];東南大學(xué);2018年

本文編號(hào)：2697870