多尺度视角下沥青混合料疲劳性能及细观结构研究
发布时间：2021-08-01 15:57
沥青混合料是一种粘弹塑性多相非均质材料,主要由粗集料、沥青胶浆、砂浆和空隙等组成。沥青混合料内部结构的不规则性以及不同成分的复杂力学性质导致其内部疲劳损伤的累积与发展的过程极为复杂。多尺度方法通过假设沥青混合料为不同尺度上的简单材料的组合来简化其宏观视角下复杂的材料组成情况。通过微小尺寸下材料的组成特性来解释其宏观力学性能演化规律。然而多尺度分析方法在沥青混合料中的应用方式并无定论,包括不同尺度的划分准则,不同尺度上材料的组分定义以及相关的试验方法较为模糊且无统一标准,同时不同尺度上材料的空间结构分布研究较少。因此,对沥青路面材料的多尺度力学特性和结构特征的表征与评价显得尤为重要。首先,对沥青混合料的胶浆,砂浆以及混合料尺度进行划分,并通过数字图像分析方法获取不同尺度材料的比表面积参数,结合沥青混合料内部不同组成成分的体积,密度等物理参数进行材料设计。同时,根据不同尺度的材料特点,基于空隙率控制,确定具有可重复性的不同尺度下沥青混合料的室内成型方法。其次,对不同尺度下的沥青混合料细观结构分析方法进行研究,利用激光衍射方法,电镜扫描方法和光学成像方法,通过混合料的切割以及虚拟生成的方法,...
【文章来源】：东南大学江苏省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：187 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
-1（a）四点弯曲疲劳试验；（b）单轴拉压疲劳试验；（c）拉伸疲劳试验；（d）半圆弯曲疲劳试验
东南大学博士学位论文6(a)典型CT扫描成像图片(b)典型CCD光学成像图片图1.2-2CT扫描成像和CCD光学成像效果对比数字图像处理技术（DIP）是研究沥青混合料内部结构的最有效的手段。如图1.2-3所示，随着图形图像处理技术的发展，获取高精度的切片图像以及对沥青混合料多相成分的精确分割已经不是难点[29][32]。对于沥青混合料的图像处理，主要分为三个部分，包括：图像预处理，图像分割和图像后处理。图像预处理主要包括图像的增强，降噪和增强对比度等操作[33]。图像分割主要的难点在于获取最佳的分割阈值。现有的图像分割方法主要分以下几类：基于阈值的分割方法、基于区域的分割方法、基于边缘的分割方法以及基于特定理论的分割方法等[34]。图像分割技术没有适用于一切图像的最优方法，分割的效果也没有绝对的标准。在选择具体的图像分割方法时，需要综合考虑图像的特点和算法实现的难易程度。图像后处理的主要目的是验证图像分割结果的精确度和可靠性，以及消除常见的误差和噪点，主要包括级配验证，集料颗粒分离，集料空洞填补以及消除噪点[35]。
第一章绪论7图1.2-3数字图像精确分割过程[29]美国联邦公路局（FHWA）与特纳公路研究中心（TFHRC）联合提出了SIMAP（SimulationImagingandMechanicsofAsphaltPavement）研究计划，采用先进的数字图像处理技术、X-rayCT无损伤扫描技术和光弹镜像技术，对沥青混合料内部的集料取向、离析、接触状况、空隙分布和胶浆分布等进行分析，重构沥青混合料的三维模型，并进行力学数值仿真模拟，推动了沥青混合料细观结构的研究[36]。Masad基于X-rayCT扫描技术提出了评价沥青混合料集料方向、级配以及空隙分布的细观指标[37]。对于不同压实次数的旋转压实成型试件，研究表明试件内部空隙呈现上下两端大，中部较为均匀的规律，而轮碾压实成型方法成型的试件则呈现上端大，下端小的空隙分布规律[38]。Zhong等利用CCD数码相机拍摄沥青混合料试件的截面，通过图像处理识别出了粒径大于2mm的粗集料，从定量的角度研究了沥青混合料中粗集料的取向、形状与空间分布规律[39]。Wang等采用X-rayCT扫描技术对试验路的芯样的空隙分布进行分析，并提出了利用CT扫描图片对沥青混合料进行三维数值重构的初步方法[40]。Sefidmazgi等[41]开发一种新的图像处理分析系统（IPAS）来获取了沥青混合料内部集料结构骨架，分析了集料与集料的接触数、接触长度、接触面方向等指标参数，分析结果表明：沥青混合料内部结构和混合料性能相关性较大，该方法可用于量化控制沥青混合料生产过程。图1.2-4为沥青混合料的IPAS定义的沥青混合料接触线及接触方向。Bahia等[42][43]采用二维切片图像处理的方法对一种级配不同沥青含量的混合料进行集料骨架结构分析，主要研究压实过程中影响集料运动的机理以及材料特性对集料骨架结构形成的影响。结果表明表明，在压实过程中，压实温度需保?
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于颗粒堆积理论的沥青混合料细观结构特性研究[J]. 谭忆秋,邢超,任俊达,张磊. 中国公路学报. 2017(07)
[2]多尺度二维数字图像相关测量系统及其应用[J]. 邵新星,何小元,张瑾琳. 东南大学学报(自然科学版). 2017(02)
[3]沥青砂浆力学性能的粒径效应试验研究[J]. 钱国平,李崛,李辉忠. 公路交通科技. 2017(02)
[4]基于AFM的沥青微观结构研究进展[J]. 孙国强,庞琦,孙大权. 石油沥青. 2016(04)
[5]基于工业CT的排水沥青混合料连通空隙特征研究[J]. 肖鑫,张肖宁. 中国公路学报. 2016(08)
[6]沥青及沥青混合料本构模型与微观结构研究综述[J]. 张起森,肖鑫. 中国公路学报. 2016(05)
[7]沥青结合料疲劳失效定义与失效准则[J]. 王超,张金喜. 北京工业大学学报. 2015(10)
[8]基于离散单元法设计骨架密实型沥青混合料[J]. 石立万,王端宜,徐驰,吴文亮. 公路. 2015(09)
[9]沥青胶浆疲劳寿命分析方法与预估方程[J]. 孙大权,刘富良,林添坂,曹林辉. 建筑材料学报. 2016(01)
[10]图像阈值分割方法研究进展20年（1994—2014）[J]. 吴一全,孟天亮,吴诗婳. 数据采集与处理. 2015(01)
博士论文
[1]沥青路面材料多尺度域力学行为及统一模型[D]. 龚湘兵.哈尔滨工业大学 2017
[2]乳化沥青冷再生混合料的裂纹发展行为及抗裂机理研究[D]. 高磊.东南大学 2016
[3]改性沥青路面就地热再生关键技术研究[D]. 李健.东南大学 2016
[4]基于细观力学的沥青砂浆及骨架结构沥青混合料性能研究[D]. 牛冬瑜.长安大学 2015
[5]排水沥青混合料细观结构及排水特性研究[D]. 肖鑫.华南理工大学 2014
[6]基于强度与刚度衰变的沥青混合料非线性疲劳损伤特性研究[D]. 刘宏富.长沙理工大学 2012
[7]基于半圆弯曲试验的沥青混合料动态响应及断裂性能研究[D]. 刘宇.哈尔滨工业大学 2009
[8]沥青混合料粘弹性疲劳损伤模型研究[D]. 关宏信.中南大学 2005
[9]交通荷载下沥青类路面疲劳损伤开裂研究[D]. 周志刚.中南大学 2003
硕士论文
[1]基于半圆弯曲试验的沥青混合料疲劳愈合性能研究[D]. 吴凡.东南大学 2018
[2]基于剩余强度的沥青混凝土耐久性室内研究[D]. 徐凯.东南大学 2016
[3]不同RAP料掺量热再生改性沥青混合料耐久性能研究[D]. 周洲.东南大学 2015
[4]乳化沥青冷再生混合料的细观结构研究[D]. 罗海龙.东南大学 2015
[5]基于X-ray CT沥青混合料细观结构及力学性能研究[D]. 任俊达.哈尔滨工业大学 2014
[6]基于工业CT的不同受力模式下沥青混合料破坏特性研究[D]. 贾传峰.长安大学 2013
[7]粗集料细观结构特征对沥青混合料性能的影响研究[D]. 王彦喆.长安大学 2012
[8]沥青砂浆细观力学性能分析研究[D]. 吴婷.长沙理工大学 2010
本文编号：3315814
【文章来源】：东南大学江苏省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：187 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
-1（a）四点弯曲疲劳试验；（b）单轴拉压疲劳试验；（c）拉伸疲劳试验；（d）半圆弯曲疲劳试验
东南大学博士学位论文6(a)典型CT扫描成像图片(b)典型CCD光学成像图片图1.2-2CT扫描成像和CCD光学成像效果对比数字图像处理技术（DIP）是研究沥青混合料内部结构的最有效的手段。如图1.2-3所示，随着图形图像处理技术的发展，获取高精度的切片图像以及对沥青混合料多相成分的精确分割已经不是难点[29][32]。对于沥青混合料的图像处理，主要分为三个部分，包括：图像预处理，图像分割和图像后处理。图像预处理主要包括图像的增强，降噪和增强对比度等操作[33]。图像分割主要的难点在于获取最佳的分割阈值。现有的图像分割方法主要分以下几类：基于阈值的分割方法、基于区域的分割方法、基于边缘的分割方法以及基于特定理论的分割方法等[34]。图像分割技术没有适用于一切图像的最优方法，分割的效果也没有绝对的标准。在选择具体的图像分割方法时，需要综合考虑图像的特点和算法实现的难易程度。图像后处理的主要目的是验证图像分割结果的精确度和可靠性，以及消除常见的误差和噪点，主要包括级配验证，集料颗粒分离，集料空洞填补以及消除噪点[35]。
第一章绪论7图1.2-3数字图像精确分割过程[29]美国联邦公路局（FHWA）与特纳公路研究中心（TFHRC）联合提出了SIMAP（SimulationImagingandMechanicsofAsphaltPavement）研究计划，采用先进的数字图像处理技术、X-rayCT无损伤扫描技术和光弹镜像技术，对沥青混合料内部的集料取向、离析、接触状况、空隙分布和胶浆分布等进行分析，重构沥青混合料的三维模型，并进行力学数值仿真模拟，推动了沥青混合料细观结构的研究[36]。Masad基于X-rayCT扫描技术提出了评价沥青混合料集料方向、级配以及空隙分布的细观指标[37]。对于不同压实次数的旋转压实成型试件，研究表明试件内部空隙呈现上下两端大，中部较为均匀的规律，而轮碾压实成型方法成型的试件则呈现上端大，下端小的空隙分布规律[38]。Zhong等利用CCD数码相机拍摄沥青混合料试件的截面，通过图像处理识别出了粒径大于2mm的粗集料，从定量的角度研究了沥青混合料中粗集料的取向、形状与空间分布规律[39]。Wang等采用X-rayCT扫描技术对试验路的芯样的空隙分布进行分析，并提出了利用CT扫描图片对沥青混合料进行三维数值重构的初步方法[40]。Sefidmazgi等[41]开发一种新的图像处理分析系统（IPAS）来获取了沥青混合料内部集料结构骨架，分析了集料与集料的接触数、接触长度、接触面方向等指标参数，分析结果表明：沥青混合料内部结构和混合料性能相关性较大，该方法可用于量化控制沥青混合料生产过程。图1.2-4为沥青混合料的IPAS定义的沥青混合料接触线及接触方向。Bahia等[42][43]采用二维切片图像处理的方法对一种级配不同沥青含量的混合料进行集料骨架结构分析，主要研究压实过程中影响集料运动的机理以及材料特性对集料骨架结构形成的影响。结果表明表明，在压实过程中，压实温度需保?
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于颗粒堆积理论的沥青混合料细观结构特性研究[J]. 谭忆秋,邢超,任俊达,张磊. 中国公路学报. 2017(07)
[2]多尺度二维数字图像相关测量系统及其应用[J]. 邵新星,何小元,张瑾琳. 东南大学学报(自然科学版). 2017(02)
[3]沥青砂浆力学性能的粒径效应试验研究[J]. 钱国平,李崛,李辉忠. 公路交通科技. 2017(02)
[4]基于AFM的沥青微观结构研究进展[J]. 孙国强,庞琦,孙大权. 石油沥青. 2016(04)
[5]基于工业CT的排水沥青混合料连通空隙特征研究[J]. 肖鑫,张肖宁. 中国公路学报. 2016(08)
[6]沥青及沥青混合料本构模型与微观结构研究综述[J]. 张起森,肖鑫. 中国公路学报. 2016(05)
[7]沥青结合料疲劳失效定义与失效准则[J]. 王超,张金喜. 北京工业大学学报. 2015(10)
[8]基于离散单元法设计骨架密实型沥青混合料[J]. 石立万,王端宜,徐驰,吴文亮. 公路. 2015(09)
[9]沥青胶浆疲劳寿命分析方法与预估方程[J]. 孙大权,刘富良,林添坂,曹林辉. 建筑材料学报. 2016(01)
[10]图像阈值分割方法研究进展20年（1994—2014）[J]. 吴一全,孟天亮,吴诗婳. 数据采集与处理. 2015(01)
博士论文
[1]沥青路面材料多尺度域力学行为及统一模型[D]. 龚湘兵.哈尔滨工业大学 2017
[2]乳化沥青冷再生混合料的裂纹发展行为及抗裂机理研究[D]. 高磊.东南大学 2016
[3]改性沥青路面就地热再生关键技术研究[D]. 李健.东南大学 2016
[4]基于细观力学的沥青砂浆及骨架结构沥青混合料性能研究[D]. 牛冬瑜.长安大学 2015
[5]排水沥青混合料细观结构及排水特性研究[D]. 肖鑫.华南理工大学 2014
[6]基于强度与刚度衰变的沥青混合料非线性疲劳损伤特性研究[D]. 刘宏富.长沙理工大学 2012
[7]基于半圆弯曲试验的沥青混合料动态响应及断裂性能研究[D]. 刘宇.哈尔滨工业大学 2009
[8]沥青混合料粘弹性疲劳损伤模型研究[D]. 关宏信.中南大学 2005
[9]交通荷载下沥青类路面疲劳损伤开裂研究[D]. 周志刚.中南大学 2003
硕士论文
[1]基于半圆弯曲试验的沥青混合料疲劳愈合性能研究[D]. 吴凡.东南大学 2018
[2]基于剩余强度的沥青混凝土耐久性室内研究[D]. 徐凯.东南大学 2016
[3]不同RAP料掺量热再生改性沥青混合料耐久性能研究[D]. 周洲.东南大学 2015
[4]乳化沥青冷再生混合料的细观结构研究[D]. 罗海龙.东南大学 2015
[5]基于X-ray CT沥青混合料细观结构及力学性能研究[D]. 任俊达.哈尔滨工业大学 2014
[6]基于工业CT的不同受力模式下沥青混合料破坏特性研究[D]. 贾传峰.长安大学 2013
[7]粗集料细观结构特征对沥青混合料性能的影响研究[D]. 王彦喆.长安大学 2012
[8]沥青砂浆细观力学性能分析研究[D]. 吴婷.长沙理工大学 2010
本文编号：3315814
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