随着计算机图形图像技术的快速发展,沥青混合料细观数值仿真被广泛用于沥青路面路用性能的分析与预测。精确构建混合料细观模型是进行可靠仿真的前提,其中,作为混合料占比最大的组分,集料的形态特征和空间分布对混合料的细观力学响应有着十分重要的影响。本文基于真实集料X-ray Computed Tomography(CT)扫描图像,三维重构出真实集料,获得集料的三维实体模型,完成集料三维形态特征的量化及自适应分类,并基于此构建集料模型数据库,实现沥青混合料的虚拟设计与成型,具体研究工作如下:(1)提出了集料三维形态学特征表征指标及量化方法。在集料三维实体模型的基础上,提出集料的球度、三轴尺寸和棱角性的表征指标,首先,将集料模型表面离散化为三角面片网格;进而开发算法,获得集料模型的最小包围球和最小包围盒并计算集料球度及三轴尺寸;在此基础上,对三角面片进行二次聚类,获取平面簇集合,以量化集料棱角性。虚拟测量了11个集料的球度、三轴尺寸和棱角性试验测量结果表明,该方法能够准确测量集料的三维形态特征。(2)提出了集料棱角性和纹理的自适应分类方法。首先,将集料表面离散化为三角网格,优化三角面片聚类算法,改善将集料表面接近平面的区域聚类为一个平面簇进而拟合出平面簇的平面方程,作为参考平面,基于平面簇内各三角面片顶点到参考平面距离的变化,定义并量化集料表面纹理指标;最后,依次从宏观统计层面和数据微观分布层面出发,实现对集料棱角性和纹理的自适应分类。实现了275个集料的细观分类。可以看出,相比传统分类方法,该方法提出了基于公制单位的集料棱角性和纹理的量化指标,有助于进一步研究集料形态特征与沥青混合料细观力学性能之间的关联。(3)提出了沥青混合料细观结构的虚拟设计及成型方法。首先,构建了超过2000个集料的真实集料数据库;将集料级配、空间分布、方位角、球度、三轴尺寸、棱角、纹理、集料含量、沥青含量、空隙含量等指标作为设计参数,从数据库中选择出符合形态参数和体积参数的集料,作为混合料的集料组分;进而根据空间位置和方位角参数,确定集料的空间分布;并依据沥青胶浆和空隙的含量,通过布尔操作实现混合料细观结构的虚拟成型。该方法为沥青混合料细观结构的虚拟设计提供了一种行之有效的方案,有利于进一步研究混合料设计指标与其力学性能之间的科学关系。