基于数字图像处理技术的沥青混合料组成特性研究.

Ｇ ａ ． ｕ ｉ ＺＨＡ Ｓｈ ｏ ｈ ａ ， ＮＧ ａ ． ｉ ｇ Ｘｉｏ ｎ ｎ ２
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ｉ ＸＵ ｌ ， ， Ｗｅ ｉ
（． １ 哈尔滨 工业 大学 ， 龙江 哈 尔滨 １０ ０ ， ． 南理 工大学 ， 东 广 州 黑 ５０ ９ ２ 华 广 ５０４） １６ １
摘
要 ： 索 了沥青 混 合料 数 字 图像 处理 技术 的可行 性 ， 针对 沥 青混 合料 试 件在 不 同压 实成 型 方式 下 内部结 构 变化 ，数 字 图像 获 取 ．
众 所 周 知 ， 青 混 合 料 是 由集 料 、 沥 沥青 胶 浆 和 空 隙 三 大 体 积 成 分 构成 的 … ， 视 觉 角 度 来 看 ， 料 接 近 于 从 集
白色 ， 沥青 胶 浆 接 近 于 黑 色 ， 占 ４ 的 空 隙 一 般 近 于 约 ％
数 字 图像 获 取 一 般 利 用 数 字 化 仪 离 散 （ 样 、 采 量 化 ） 幅连 续 的 图 像 。常 用 的仪 器 有 ： 片 扫 描 仪 ， 一 胶 Ｃ Ｄ数 字 相 机 或 摄 像 机 ， ＭＯ Ｃ Ｃ Ｓ数 字 相 机 等 ， 中采 用 其 Ｃ Ｄ数 字 相 机 获 取 数 字 图 像 是 现 在 最 常 用 的 方 法 ， Ｃ 本 文 即 采 用 该 种设 备 。实 验 表 明 ， 用 Ｃ Ｄ相 机 可 获 得 采 Ｃ
ｎ ａ ｅ ｉｅ ｔｙ ａ ｘ ｃｌ ｉｌ ｇ ｓ ｄｒ ｃｌ ｎｄ ｅ ａ ｔｙ． Ｔｈ ｒ ａ ａ ｅ ｅ ｔｓｒ ｃｕ ｅ ｒ Ｓ ｏ ｐａｅ ｅ ｅ ｌｐ ｖ ｍ ｎ ｔｕ ｔｒ ｓｗｅ ｅ ａＯ ｃ ｍ ｒ ｄ； ａ ｌ ｎｄ ｈ ｅｓ ｌｓ ｓ ｏｗ ｈ ｔｔｅ ｅ ｅ ｔｉ ｏ ｔｅ ｒ ｕ ｔ ｈ ｔ ａ ｈ ｆ ｃ ｓｇｏ ｄ．

基于数字图像处理技术的大孔隙沥青混合料有限元建模王亚奇;钱振东;陈辉方;王军【摘要】大孔隙沥青混合料(PAM)具有优良的排水、抗滑、降噪等功能,符合现代节能环保、以人为本的新设计理念.研究采用数字图像处理技术(DIP),通过图像边缘检测、图像二值化、几何矢量化得到了大孔隙沥青混合料具有几何交换格式的图像,在此基础上,采用有限元仿真技术建立了大孔隙沥青混合料的有限元模型,分析了劈裂试验下混合料内部的应力应变响应,研究成果表明该方法可进一步应用于不同条件下大孔隙沥青混合料细观力学响应模型研究.【期刊名称】《现代交通技术》【年(卷),期】2015(012)001【总页数】4页(P1-3,11)【关键词】大孔隙沥青混合料;数字图像处理;有限元仿真;细观结构【作者】王亚奇;钱振东;陈辉方;王军【作者单位】镇江市公路管理处,江苏镇江212028;东南大学智能运输系统研究中心,江苏南京210096;镇江市公路管理处,江苏镇江212028;镇江市公路管理处,江苏镇江212028【正文语种】中文【中图分类】U414大孔隙沥青混合料（PAM）采用骨架-空隙结构，具有优良的排水、抗滑、降噪等功能［1-2］，更符合现代节能环保、以人为本的新设计理念，有着广阔的研究和发展前景。

目前，国内外对节能环保的大孔隙沥青混合料的研究大都集中在宏观力学性能上，而沥青混合料是由集料、矿粉和沥青按一定的比例在一定温度下经拌和、压实而形成的一种多相分散的复合颗粒材料体系，沥青混合料的细观结构（包含集料形状、尺寸、混合料空隙、集料的空间分布）对混合料的力学强度起到重要的影响作用［3-4］，国内外对沥青混合料的研究大多数力学模型都是以连续理论为基础，将沥青混合料假设为均质或者分段均质材料，这与沥青混合料的实际工作状态有较大差距，难以得出令人满意的结果。

数字图像处理技术的发展为研究沥青混合料的微观结构和不均匀性对其力学行为的影响提供了有效的技术支持，研究者开始逐步采用基于数字图像处理技术的有限元、离散元仿真技术对沥青混合料的细观结构进行研究［5-6］，但是针对沥青混合料细观结构的研究大多集中在密级配沥青混合料上［7-9］，对大孔隙沥青混合料的有限元模型研究较少。

（1）通过X射线CT成像获取沥青混合物图像的三维内部结构。
（2）将每个图像转换为灰度矩阵并获得灰度直方图。
（3）通过灰度直方图验证三相之间的阈值。
（4）对每个灰色矩阵的节点和元素进行编号。
第二步：确定位置
（1）建立节点和元素之间的关系。
（2）根据关系获取每个坐标。
（3）通过将位置日期写入inp文件来构建100 mm*100 mm初始模型。
为了使操作更容易，将载荷直接施加在数字样本的表面上，在顶部和底部的装载表面受到平移运动1和旋转方向3的限制。
图6显示了在相同荷载条件下装载相同网格后的非均质样品和均质样品。如图6所示，非均质试样的应力分布与均匀试样有显着差异。非均质试样中，应力几乎单独分布于集料中，集料承受的载荷最大，它类似于实验室测试的真实压力条件。均匀试样的应力分布呈现对称应力，它无法反映真实的荷载情况。
第三步：材料分割和提取
（1）通过自行开发的程序提取不同阶段的元素编号。
（2）通过将这些日期元素编第四步：完成三维模型
（1）删除初始三维模型的背景。
（2）显示3组不同的分类。
三、节点和元素编号
假设连续CT灰度图像的每个灰色矩阵具有m行n列，图像像素的第一节点编号图如图3所示，元素编号i = 1,2,....,MN，节点号j = 1,2 ....,(m + 1)( n + 1)。元素和节点编号的规则如下：从矩阵左下角的第一个元素和节点开始，节点编号的元素从左到右，从下到上。每行的最后一个数字后跟下一行，元素和节点号对应在在一起。
[6]谭忆秋,任俊达,纪伦, et al.基于X-ray CT的沥青混合料空隙测试精度影响因素分析[J].哈尔滨工业大学学报, 2014(6):65-71.
关键词：沥青混合料；X_ray CT；ABAQUS；三维重建

基于颗粒堆积理论的沥青混合料细观结构特性研究摘要：为研究颗粒级配对沥青混合料细观结构的影响，通过颗粒堆积理论建立颗粒级配评价指标干涉系数，采用计算机断层扫描技术对不同级配、不同压实次数和不同成型方式的沥青混合料试件进行扫描并三维重构，结合数字图像处理技术，获取沥青混合料内部空隙空间分布和颗粒之间接触关系，采用分形理论计算三维空隙体积分布和空间位置分布分形维数，最后分析干涉系数与三维空隙分形维数和颗粒接触关系之间的联系。

结果表明：在2种成型方式下，对于大孔和中孔，随着压实次数的增加，空隙数量呈现先增加后减少的趋势，并且大孔的平均空隙体积不断减小，中孔平均空隙体积不断增大；对于小孔和微孔，随着压实次数增加，空隙数量不断增加，平均空隙体积没有明显变化；空隙体积分布连续性随着干涉系数增加而降低，空间位置分布均匀性随干涉系数增加而增强，旋转压实成型沥青混合料空隙体积分布连续性较差，空间位置分布均匀性较好；主骨架颗粒接触点数量会随着压实次数增加而增加，开级配沥青混合料接触点数量最多，连续级配沥青混合料最少，沥青玛蹄脂碎石居中，接触点数量随干涉系数增加而减小。

关键词：道路工程；沥青混合料；颗粒堆积理论；细观结构；CT；空隙分布；分形维数引言沥青混合料是由集料、沥青、填料等不同性质材料组成的多相复合材料，其中粗集料形成主要的承载结构，细集料填充粗集料形成的空隙，提高结构稳定性。

从细观角度分析，粗集料骨架稳定性受颗粒级配和颗粒之间的位置关系影响；同时，不同的颗粒级配会影响沥青混合料内部空隙大小和空间分布，空隙分布与骨架稳定性对沥青混合料的力学性能有重要影响。

在沥青混合料中，颗粒级配中粗集料与细集料比例合适，会形成粗颗粒之间挤嵌和合适的填充；比例不合适，则会造成粗颗粒悬浮或粗颗粒形成的空隙填充不满，导致骨架整体稳定性下降。

基于颗粒堆积理论和颗粒粒径分布理论提出主骨架集料尺寸区间方法，这种方法将级配组成中的颗粒分为主骨架集料和细集料，通过颗粒堆积理论计算主骨架集料形成的空隙特征，确定对骨架嵌挤形成干涉的最小粒径，并建立颗粒干涉与沥青混合料宏观性能之间的联系。