[发明专利]一种基于细观模拟的沥青混合料虚拟性能试验预估方法

摘要

本发明公开了一种基于细观模拟的沥青混合料虚拟性能试验预估方法，步骤为沥青混合料初始配合比设计；材料基本参数获取；沥青胶浆DSR试验；沥青砂浆虚拟蠕变试验；虚拟系统内参数转换；选择需要预估的多项室内试验；构建多种三维虚拟试件；选择材料的力学本构模型；选择虚拟试验加载条件；构建试验结果实时监测系统；各项试验最终结果预估值输出；各项指标与规范对比判断是否满足要求；若不满足要求则输出建议重选配合比；若满足要求则输出较优配合比。本发明实现了试验结果附加曲线的实时监测，得到的输出结果，对比预估混合料的多项性能指标是否满足规范要求，减少不必要的对比性室内试验，为实现沥青混合料配合比优化设计提供试验基础。

主权项

基于细观模拟的沥青混合料虚拟性能试验预估方法，其特征在于：包括如下步骤：(1)沥青混合料初始配合比设计：根据沥青混合料马歇尔配合比设计方法、贝雷法、主骨料空隙填充方法、多级级配嵌挤法四种方法相结合，进行集料级配曲线设计、最佳油石比、空隙率选择，完成至少两种方案的沥青混合料初始配合比设计；(2)材料基本参数获取：根据选定的初始配合比确定沥青混合料的基本材料参数，包括：每档集料的通过百分率、油石比、空隙率、矿粉含量、集料密度、沥青密度、沥青胶浆粘弹性参数、粗集料的弹性模量、细集料的弹性模量、集料的形状参数、各个性能试验的试样大小和试验温度；(3)沥青胶浆动态剪切流变试验：通过沥青胶浆动态剪切流变试验，分析在不同温度和粉胶比条件下胶浆的高温流变特性变化规律，主要包括沥青砂浆虚拟蠕变试验和虚拟系统内参数转换两部分；根据DSR频率扫描结果，拟合了不同粉胶比沥青胶浆的主曲线；通过目标函数优化方法拟合得到Burgers模型四参数；所述的沥青砂浆虚拟蠕变试验是将沥青胶浆作为最小离散单元，建立沥青砂浆虚拟蠕变试验，获取沥青砂浆蠕变与时间的曲线，拟合得到沥青砂浆的Burgers模型四参数和粘结强度；所述的虚拟系统内参数转换是将室内试验得到的材料基本参数作为虚拟系统的初始输入参数，将输入参数进行两次转化换算为虚拟系统可识别参数；(4)选择需要预估的多项室内试验：根据需要选择多项室内性能试验以表征预估系统从低温到高温的性能指标，记录试样大小以及分析固有装置在试验过程中的控制作用，所述的室内性能试验至少包括：沥青混合料小梁弯曲断裂试验、劈裂试验、四点弯曲疲劳试验、单轴蠕变试验、三轴蠕变试验、车轴试验；(5)构建多种三维虚拟试件：根据不同的室内试验尺寸构建多种虚拟试件空间，根据粗集料级配投放虚拟三维不规则粗集料，粗集料间隙间填充规则排列的沥青砂浆试件，删除一定数量的砂浆构建空隙率即能够构建沥青混合料三维虚拟试件；(6)选择材料的力学本构模型：根据试验温度选择虚拟系统中颗粒材料的细观力学本构模型，包括：接触刚度模型、接触粘结模型、平行粘结模型、滑移模型、Burgers粘弹性模型；(7)选择虚拟试验加载条件：根据公路工程沥青及沥青混合料试验规程，选择各项虚拟试验的加载控制模式和室内试验装置的等效设置条件，包括压头的尺寸、位置、试验的加载模式、试验的客观控制条件在虚拟试验中的等效转化；(8)构建试验结果实时监测系统：在虚拟加载过程中，通过程序中的“HISTORY”命令记录并监测与加载时间相关变量的曲线变化，包括：弯曲断裂试验荷载与挠度曲线、劈裂试验荷载与变形曲线、弯曲劲度模量与循环加载次数曲线、永久变形曲线、车辙深度曲线、从而达到监测试验结果的实时可靠性的目的；(9)各项试验最终结果预估值输出：虚拟加载停止后输出试验结果预估值，包括：试件破坏时的抗弯拉强度、最大弯拉应变、弯曲劲度模量、劈裂强度、疲劳寿命、蠕变永久变形、回弹模量、车辙深度；(10)判断各项指标是否满足规范要求：若不满足要求则输出建议重选配合比；若满足要求则输出较优配合比。