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摘要：本文利用X-ray CT图像扫描技术获得沥青混合料内部细观结构，进行混料2D模型的重构。用有限元软件abaqus对重构沥青混合料进行虚拟试验，集料视为线弹性体，采用Burgers模型模拟砂浆的粘弹性。对试验结果进行分析，结果表明对沥青混合料性能试验进行数值模拟研究, 是一种形象直观、快速高效的研究手段, 对沥青混合料研究水平的提高有一定意义。
关键词：数值模拟，有限元，SCB试验，沥青混合料
中图分类号： TU535 文献标识码： A 文章编号：
近年来，随着科学技术的飞速发展，高科技逐渐应用到沥青混合料的研究中来。沥青混合料2D、3D的模型重构已经成为了热点。有限元软件abaqus是一套基于有限元法的模拟软件，分析能力强，可以解决线性模拟问题到非线性模拟问题。目前已经广泛的应用到道路工程当中。本文基于该软件对重构的沥青混合料2D模型进行SCB试验进行模拟，分析沥青混合料试件内部的应力、应变、位移进行分析。SCB试验是源于美国和欧洲的一种试验方法，其设备简单，可以方便快捷的成试验。此外，SCB时间制作简单，近年来得到国内外沥青混合料研究者的青睐。
1沥青混合料2D模型重构
利用X-ray CT设备获得沥青混合料的图像。该图像为像素图像，无法被abaqus软件识别。所以对其进行模型的重构。
首先，对图像进行灰度转变，控制灰度阀值把沥青胶浆和集料分离开来，从而进一步进行图像的增强，增强显示效果。对一部分连接在一起的集料进行分割处理，对孔洞进行填充等纠正处理，将图像二值化。图像处理的好坏将直接影响虚拟实验的准确性。对二值化后的图片进行边缘检测与测量，获取集料的坐标。本文采用auto-cad软件对沥青混合料图像进行矢量化。建模步骤如图1所示。
图1.2D模型建模步骤
将矢量化后图形导入有限元软件abaqus 中，从而获得获得沥青混合料的2D模型。为进行SCB虚拟模拟实验奠定了基础。
2 SCB试验的模拟
SCB试件由旋转压实方法獲得，试件直径150mm,高145mm。将其切割成25mm厚的圆形试件，再重中间切开，获得半圆形试件。
将试件进行重构后获得2D试件模型。将其导入有限元软件abaqus当中。在本试验模拟中，为了简化加载处复杂的接触使计算更容易收敛。因此，本模拟试验采用均布荷载，何在大小为3N/mm2即3MPa。边界条件为控制地面两个支撑轴在1、2方向的平动自由度以及方向3的转动，即。网格化分时单元类型采用单元类型采用8节点四边形二次平面应力缩减积分单元（CPS8R）更有利于计算的收敛。采用全局播撒种子，密度为1.5mm。为了使计算机分析能够收敛及获得详细的分析数据，初始增量不设为0.001，最小增量步设为1E-10，最大增量总时间设为1。
3.试验模拟结果分析
如图1所示总体应力呈中心对称分布。在试件顶部加载区应力较为集中，但其并不是最大应力值所在位置。从图可看出，最大应力值在支座处达到最大产生应力集中，但其并不呈对称分布。
在集料与砂浆的交界处存在着较大的水平方向的拉应力。试件中心部位和半圆弧形区域内的空隙、胶浆、集料有垂直拉应力存在，为试件较为薄弱的部位。在SCB试件外围形成一个弧形压力带表明Y 轴方向的应变速率不一致，从而说明了拉应力在试件破坏过程中起了主导作用。
图2.Mises应力整体分布云图
加载过程中。水平方向的最大值在试件边缘，最小值在试样中心处。竖直方向的位移由上向下逐渐递减。试件中部主要分布着拉应变。在局部区域存在着应变分布不集中的现象，这是因为混合料试件的不均匀，集料与砂浆模量的巨大差值共同引起的。应变首先会沿着试件内部薄弱处发展。在支座底部集料与胶浆交界处有压应变与拉应变共同存在。
4结语
（1）本文提供了一种基于图像处理技术重构沥青混合料模型的方法。
（2）成功了模拟了沥青混合料SCB试验进行了模拟，提供了一种较好的收敛分析方法。验证了虚拟试验的可行性。
（3）对试验结果进行了应力应变分析，确定了混合料的内部受力情况。这是一种形象、直观的研究方法
（4）由计算机模拟沥青混合料试验为进行重复性试验提供了方法，节省了真实试验大量的人力物力。为沥青混合料的进一步研究提供了方法。
参考文献：
[1] 张倩娜. 基于数字图像处理技术的沥青混合料微观结构分析方法研究[D]. 同济大学博士学位论文, 2000
[2] 杨新华, 王习武. 用图像处理技术实现沥青混合料有限元建模[J]. 中南公路工程, 2005, 30(3):5-7
[3] 汪海年. 沥青混合料微细观结构及数值仿真研究[D]. 长安大学博士学位论文, 2007
[4] 石亦平, 周玉蓉. ABAQUS有限元分析实例详解[M]. 北京: 机械工业出版社, 2006.6
关键词：数值模拟，有限元，SCB试验，沥青混合料
中图分类号： TU535 文献标识码： A 文章编号：
近年来，随着科学技术的飞速发展，高科技逐渐应用到沥青混合料的研究中来。沥青混合料2D、3D的模型重构已经成为了热点。有限元软件abaqus是一套基于有限元法的模拟软件，分析能力强，可以解决线性模拟问题到非线性模拟问题。目前已经广泛的应用到道路工程当中。本文基于该软件对重构的沥青混合料2D模型进行SCB试验进行模拟，分析沥青混合料试件内部的应力、应变、位移进行分析。SCB试验是源于美国和欧洲的一种试验方法，其设备简单，可以方便快捷的成试验。此外，SCB时间制作简单，近年来得到国内外沥青混合料研究者的青睐。
1沥青混合料2D模型重构
利用X-ray CT设备获得沥青混合料的图像。该图像为像素图像，无法被abaqus软件识别。所以对其进行模型的重构。
首先，对图像进行灰度转变，控制灰度阀值把沥青胶浆和集料分离开来，从而进一步进行图像的增强，增强显示效果。对一部分连接在一起的集料进行分割处理，对孔洞进行填充等纠正处理，将图像二值化。图像处理的好坏将直接影响虚拟实验的准确性。对二值化后的图片进行边缘检测与测量，获取集料的坐标。本文采用auto-cad软件对沥青混合料图像进行矢量化。建模步骤如图1所示。
图1.2D模型建模步骤
将矢量化后图形导入有限元软件abaqus 中，从而获得获得沥青混合料的2D模型。为进行SCB虚拟模拟实验奠定了基础。
2 SCB试验的模拟
SCB试件由旋转压实方法獲得，试件直径150mm,高145mm。将其切割成25mm厚的圆形试件，再重中间切开，获得半圆形试件。
将试件进行重构后获得2D试件模型。将其导入有限元软件abaqus当中。在本试验模拟中，为了简化加载处复杂的接触使计算更容易收敛。因此，本模拟试验采用均布荷载，何在大小为3N/mm2即3MPa。边界条件为控制地面两个支撑轴在1、2方向的平动自由度以及方向3的转动，即。网格化分时单元类型采用单元类型采用8节点四边形二次平面应力缩减积分单元（CPS8R）更有利于计算的收敛。采用全局播撒种子，密度为1.5mm。为了使计算机分析能够收敛及获得详细的分析数据，初始增量不设为0.001，最小增量步设为1E-10，最大增量总时间设为1。
3.试验模拟结果分析
如图1所示总体应力呈中心对称分布。在试件顶部加载区应力较为集中，但其并不是最大应力值所在位置。从图可看出，最大应力值在支座处达到最大产生应力集中，但其并不呈对称分布。
在集料与砂浆的交界处存在着较大的水平方向的拉应力。试件中心部位和半圆弧形区域内的空隙、胶浆、集料有垂直拉应力存在，为试件较为薄弱的部位。在SCB试件外围形成一个弧形压力带表明Y 轴方向的应变速率不一致，从而说明了拉应力在试件破坏过程中起了主导作用。
图2.Mises应力整体分布云图
加载过程中。水平方向的最大值在试件边缘，最小值在试样中心处。竖直方向的位移由上向下逐渐递减。试件中部主要分布着拉应变。在局部区域存在着应变分布不集中的现象，这是因为混合料试件的不均匀，集料与砂浆模量的巨大差值共同引起的。应变首先会沿着试件内部薄弱处发展。在支座底部集料与胶浆交界处有压应变与拉应变共同存在。
4结语
（1）本文提供了一种基于图像处理技术重构沥青混合料模型的方法。
（2）成功了模拟了沥青混合料SCB试验进行了模拟，提供了一种较好的收敛分析方法。验证了虚拟试验的可行性。
（3）对试验结果进行了应力应变分析，确定了混合料的内部受力情况。这是一种形象、直观的研究方法
（4）由计算机模拟沥青混合料试验为进行重复性试验提供了方法，节省了真实试验大量的人力物力。为沥青混合料的进一步研究提供了方法。
参考文献：
[1] 张倩娜. 基于数字图像处理技术的沥青混合料微观结构分析方法研究[D]. 同济大学博士学位论文, 2000
[2] 杨新华, 王习武. 用图像处理技术实现沥青混合料有限元建模[J]. 中南公路工程, 2005, 30(3):5-7
[3] 汪海年. 沥青混合料微细观结构及数值仿真研究[D]. 长安大学博士学位论文, 2007
[4] 石亦平, 周玉蓉. ABAQUS有限元分析实例详解[M]. 北京: 机械工业出版社, 2006.6