(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202211059346.X (22)申请日 2022.08.31 (71)申请人 大连理工大 学 地址 116024 辽宁省大连市甘井 子区凌工 路2号 (72)发明人 孙依人　魏鑫　张岩　李玉华　 陈静云　 (74)专利代理 机构 辽宁鸿文知识产权代理有限 公司 21102 专利代理师 许明章　王海波 (51)Int.Cl. G01L 5/00(2006.01) G06F 30/23(2020.01) G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 一种基于有限元分析的沥青混合料细观结 构力链识别方法 (57)摘要 本发明公开了一种基于有限元分析的沥青 混合料细 观结构力链识别方法， 属于颗粒增强复 合材料细观力学行为仿真领域， 具体步骤包括： 基于有限元分析得到的沥青混合料力学响应识 别力链， 将沥青胶砂内应力集中的区域视为骨料 的主要传力区域； 通过局部检测法对每个沥青胶 砂单元在小范围内进行是否发生应力集中的检 测， 能够从应力分布高度不均匀的沥青胶砂中准 确地识别骨料的主要传力区域； 定义了骨料的广 泛接触区域， 为与骨料共用节点的沥青胶砂单 元； 若主要传力区域是两个以上骨料的广泛接触 区域的交集的子集， 就确定了通过该主要传力区 域传递力的骨料； 将主要传力区域中应力最大单 元的形心与相应骨料的形心相连， 得到力链。 权利要求书1页 说明书4页 附图4页 CN 115468689 A 2022.12.13 CN 115468689 A 1.一种基于有限元分析的沥青混合料细观结构力链 识别方法， 其特 征在于， 步骤如下： 步骤1.利用有限元软件获取沥青混合料细观结构受外荷载下力学响应， 具体为： 利用 有限元软件建立沥青混合料细观结构的有限元模型， 并获取该模型受外荷载作用下沥青胶 砂单元的应力响应； 步骤2.利用局部检测法检测沥青胶 砂中存在应力集中的单 元， 具体为： (2.1)对任一沥青胶砂单元， 以该单元形心为原点， 将其周围单元形心距离该原点小于 预设距离阈值D的所有沥青胶砂单元设定为该单元 的局部检测区域； 若被检测单元 的应力 大于其所在局部检测区域的平均应力的α 倍， α ≥1， 则判定该 单元存在应力集中； (2.2)利用步骤(2.1)的方法对每个沥青胶砂 单元进行检测， 得到沥青胶砂内所有应力 集中单元； 步骤3.对步骤2中得到的沥青胶砂应力集中单元进行分组， 得到骨料的主要传力区域； 具体为： (3.1)在沥青胶砂应力集中单元中， 从任一单元开始， 找到与该单元共节点的单元， 继 续搜索与新找到的单元共节点的单元， 直至没有单元能够被搜索到， 搜索到的单元自动分 为一组； (3.2)每得到一组沥青胶砂应力集中单元后， 在剩下未被分组的单元中， 继续步骤 (3.1)操作， 直至所有沥青胶砂应力集中单元被 分组， 每一组沥青胶砂应力集中单元即代表 一个主要传力区域； 步骤4.定义骨料的广泛接触区域为与骨料单元共节点的沥青胶砂单元， 据 此确定每个 骨料对应的广泛接触区域； 步骤5.对于步骤3得到的每一个主要传力区域， 若它是至少两个骨料的广泛接触区域 交集的子集， 则这些骨料通过该主要传力区域进 行力的传递， 这些骨料作为力链的一部 分； 否则， 删除该主 要传力区域； 步骤6.确定力链， 具体为： 对经步骤5删除后保留的每个主要传力区域， 确定其中应力 绝对值最大 的单元， 将该单元 的形心作为该主要传力区域的代表传力点， 连接代表传力点 与由步骤5得到的在该区域传递力的骨料的形心， 即建立了力链； 检测每条力链中包含的骨 料个数， 去除少于三个骨料的力链。权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 115468689 A 2一种基于有限元分析的沥青混合 料细观结构力链识别方 法 技术领域 [0001]本发明属于颗粒增强复合材料细观力学行为仿真领域， 涉及一种沥青混合料力链 识别技术， 具体是一种基于有限元分析的沥青混合料细观结构力链 识别方法。 背景技术 [0002]沥青混合料是一种颗粒增强材料， 通常由沥青、 粗骨料、 细骨料、 矿粉和空隙组成。 骨料形成的骨架结构是沥青混合料内部承担外部荷载的主要载体。 因此， 骨架对沥青混合 料的性能(例如抗车辙能力)具有重要影响。 根据颗粒力学理论， 力在多个相互接触的骨料 之间传递形成的路径称为力链。 通常， 力链由携带大于平均力的骨料组成。 沥青混合料内部 力链的大小及分布能有效反映细观尺度下集料间的相互作用情况， 并可作为沥青混合料骨 架性能的评价依据， 从而推动骨料级配设计。 细观尺度下 的沥青混合料可以视为由粗骨料 及沥青胶砂基体组成的两相复合材料。 识别 沥青混合料细观结构力链的核心问题就是识别 粗骨料之间的传力区域及 传递力。 [0003]在已有的研究中， 大多采用基于离散元的方法识别沥青混合料的力链。 在这些方 法中， 沥青混合料细观结构模型通常模拟为由圆形或球形骨料组成的离散体， 通过离散元 软件， 获取沥青混合料在外荷载作用下骨料之间的接触力。 将携带大于平均接触力的骨料 作为组成力链的候选骨料。 若某个骨料传递力的方向与其接触骨料形心方向的夹角小于预 设角度(通常为45 °)， 则这些骨料被确定为构成力链的骨料。 然而， 在道路工程中， 普遍地将 沥青混合料视为连续体进 行建模和分析。 有限元方法被广泛地用于模拟沥青混合料及沥青 路面的力学行为。 从基于有限元方法得到的沥青混合料力学响应中识别力链的方法却鲜为 报道。 主要原因在于连续力学框架下 的力链识别准则尚不明晰， 且沥青混合料有限元模型 中单元数量庞大， 难以从 中快速获取有效信息。 此外， 真实骨料形状更加贴近具有随机形状 的多面体， 它们之 间的传力区域用离散元方法中常采用的圆形或球形骨料之间简单的接触 点表示并不 合理。 [0004]为了解决上述问题， 亟需一种应用场景更普遍的基于连续力学框架的沥青混合料 细观结构力链 识别方法。 发明内容 [0005]本发明提出了一种基于有限元分析的沥青混合料细观结构力链识别方法。 本发明 将沥青胶砂基体中应力集中区域定义为粗骨料间的主要传力区域。 根据本发明中所述局部 检测方法对每一个沥青胶砂单元进行小范围内的应力集中检测， 能够更加准确地识别 骨料 之间的主要传力区域， 实现了基于有限元分析 的沥青混合料力链识别。 本发明定义了骨料 的广泛接触区域， 若由所述局部检测方法得到的主要传力区域是至少两个骨料的广泛接触 区域交集的子集， 则确定力通过该主要传力区域在这些骨料中传递， 即存在力链， 力链通过 连接骨料形心及主要传力区域中应力最大单元的形心确定， 免去了现有力链识别中需要检 测力链方向及颗粒 形心方向夹角的繁琐操作。说　明　书 1/4 页 3 CN 115468689 A 3