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题目:沥青混合料细观结构检测技术与多尺度分析研究

关键词:图像检测;沥青混合料;细观结构;位移场

  摘要

沥青混合料是一种非均质、非连续的复合材料,其宏观特性源于内部细观结构的几何特征与演变机理。随着运输系统对沥青路面的抗变形性能要求不断提高,传统的“连续力学计算方法与宏观材料力学实验”已经难以满足实际需求。工程实践要求对沥青混合料的研究深入到细观尺度,从多尺度的观点分析沥青混合料的变形与破坏机理,并改进沥青混合料材料的检测、分析与实验方法,以提高沥青混合料的工程应用性能。本文依托细观结构的检测技术,以多尺度的观点,围绕沥青混合料细观结构的变形与破坏规律进行研究,提出并实现了变形模拟试验方法与沥青混合料位移场的检测与分析方法,归纳了细观结构的一般演变规律,并建立了可以描述细观结构类型与状态的模型。为了改进与提高细观结构的检测与分析技术,本文开发了沥青混合料细观结构检测设备,提出了适合沥青混合料断面图像特点的图像分割方法,提出了非标记、高精度的沥青混合料变形跟踪算法,以此为基础大幅度提高了位移场计算结果的精度,为深入分析细观结构的规律与变形机理奠定基础。为了克服当前检测技术的局限性,本文提出把细观结构的变形破坏分成两部分进行研究:一部分侧重于模拟真实路面变形的热学与力学条件,对比始末状态差异;一部分侧重受力过程的详细监测,分析位移场。本文提出了变形模拟实验方法,包括温度、荷载测量与温度、荷载的室内模拟,并分析了室内实验与室外的等效性。通过分析变形后的细观分布,可以得出相应的规律:不同类型的变形破坏可以通过主轴角度定义的统计特征△来描述,变形是沥青混合料在不同的热学与力学条件下重新组织的结果。在位移场测定基础上,分析了沥青混合料变形破坏全过程中的位移场变化。位移场可以分解为宏观规律与细观分布两个部分,分别对应宏观力学规律与细观分布;通过位移场定义的指标可以区分沥青混合料变形破坏过程的不同阶段,以及不同的试件类型。在变形分析的基础上,本文提出了沥青混合料细观结构模型,可以描述不同的变形状态、区分不同的细观结构。本文在模型的基础上归纳了沥青混合料变形的一般规律。并提出了沥青混合料细观结构的量化分类方法。