数字图像驱动的沥青混合料离散元建模新方法

本文主要探讨了"基于数字图像的沥青混合料离散元几何建模方法"，发表于2012年的《土木建筑与环境工程》。作者团队由周基、田琼、芮勇勤和英红组成，分别来自长沙理工大学、湖南科技学院、湖南大学和桂林电子科技大学。他们针对传统沥青混合料离散元建模在模拟集料颗粒形状上的不足，提出了一个创新的建模策略。 首先，他们强调了沥青混合料性能与其细观结构的紧密关联，特别是在解决这种复杂、多相、不连续介质材料的微观问题时，离散元方法展现出了显著的优势。离散元模型能细致地模拟材料内部的微观行为，对于理解和预测其力学性能至关重要。 新的建模方法分为三个关键步骤： 1. 特征聚类：通过数字图像处理技术，对沥青混合料切片图像进行分析，利用聚类算法将集料颗粒从与沥青砂浆的背景中分离出来，确保模型中只包含真实的集料元素。 2. 链码边界跟踪和线段表算法：这些算法用于精确地描绘和跟踪分离出的集料区域的边界，将其转化为离散元模型中的“聚粒”，每个聚粒代表一个独立的集料颗粒，保留其形状和尺寸特征。 3. 圆盘单元填充：对于剩余的沥青胶砂区域，使用离散元的圆盘单元进行填充，这样可以模拟出连续的胶砂层，同时保持整体模型的准确性。 通过这种方法，研究人员成功地实现了沥青混合料切片图像的二维离散元几何建模，能够更精确地模拟在贯入荷载作用下的变形动态过程。这种建模方法的应用有助于深入理解沥青混合料的力学行为，对于优化路面设计、提高道路耐久性以及事故模拟等方面具有重要的实际价值。 本文的研究成果不仅为离散元技术在道路工程中的应用提供了新的视角，也展示了数字图像处理技术在材料科学中的潜力，促进了相关领域的理论和实践发展。关键词包括道路工程、沥青混合料、离散元、数字图像和聚粒，表明了研究的学科领域和主要内容。