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瀝青混凝土細觀性能數字圖像表征 版權信息
- ISBN：9787030731050
- 條形碼：9787030731050 ; 978-7-03-073105-0
- 裝幀：一般膠版紙
- 冊數：暫無
- 重量：暫無
- 所屬分類：>>
瀝青混凝土細觀性能數字圖像表征 內容簡介
瀝青混凝土是一種由膠黏劑（瀝青膠漿）與礦質填料組成的多相復合材料。瀝青混凝土性能與瀝青路面使用壽命息息相關。《瀝青混凝土細觀性能數字圖像表征》運用數字攝像技術、CT掃描技術對瀝青混凝土的材料組成特點和內部損傷演化規律進行了系統研究，發展了瀝青混凝土級配體視學推測方法，建立了油石界面強度多因素耦合損傷模型，獲取了水溫光耦合作用下內部空隙演化規律.
瀝青混凝土細觀性能數字圖像表征 目錄
目錄
前言
第1章緒論1
1.1數字圖像處理技術原理1
1.2數字圖像處理技術在瀝青混合料中的應用現狀3
1.2.1集料特征測量與評價3
1.2.2瀝青混合料質量管控與評價12
1.2.3瀝青混合料力學性能仿真分析16
1.2.4瀝青路面檢測17
1.3數字圖像處理技術應用優勢與未來趨勢19
參考文獻21
第2章瀝青混凝土數字圖像的采集與處理24
2.1瀝青混凝土圖像采集方式24
2.1.1數字攝像24
2.1.2CT技術25
2.2瀝青混凝土數字圖像處理技術28
2.2.1瀝青混凝土數字圖像特點28
2.2.2圖像去噪方法29
2.2.3圖像增強31
2.2.4基于*大類間方差法的圖像分割方法34
2.2.5集料輪廓粘連分割方法研究36
參考文獻40
第3章油石界面破壞模式的數字圖像表征41
3.1瀝青混凝土服役環境41
3.2油石界面黏結性能41
3.2.1拉脫試驗方法41
3.2.2正交試驗設計45
3.2.3油石界面黏結強度變化規律46
3.3油石界面破壞模式48
3.3.1油石黏結破壞斷面圖像處理技術48
3.3.2油石界面破壞模式統計分析50
3.4油石界面強度多因素耦合損傷模型51
參考文獻53
第4章瀝青混凝土級配組成的圖像識別推測方法56
4.1體視學轉換方法56
4.1.1球型粒子體視學推測理論56
4.1.2其他典型粒子體視學理論59
4.2顆粒截面尺寸分布概率的求解60
4.3密級配瀝青混凝土級配推測與驗證62
4.3.1集料幾何參數統計分析63
4.3.2截面尺寸分布概率對比分析63
4.3.3級配推測精度的驗證64
參考文獻65
第5章瀝青混合料細觀損傷特性的圖像評價67
5.1瀝青混合料CT圖像處理技術67
5.2水溫光耦合作用下瀝青混凝土空隙特征變化規律67
5.2.1瀝青混合料空隙圖像提取方法68
5.2.2瀝青混合料空隙圖像形狀特征69
5.2.3空隙形狀特征計算結果及討論70
5.3空隙演化的分形特征74
5.3.1分形理論模型74
5.3.2瀝青混合料圖像空隙水溫光損傷的分維特征75
參考文獻79
第6章瀝青混凝土圖像矢量化技術80
6.1矢量化建模方法分類80
6.1.1矢量化圖形法80
6.1.2多邊形逼近法84
6.2無尺度多邊形逼近理論與實現87
6.2.1多邊形逼近的基本定義87
6.2.2拆分與合并的判斷依據87
6.2.3迭代逼近的算法流程89
6.3逼近算法有效性及準確性驗證90
6.3.1近似迭代誤差變化規律分析90
6.3.2近似程度對分析模型規模的影響91
參考文獻93
第7章基于數字圖像處理技術的瀝青混凝土細觀力學性能分析95
7.1瀝青膠砂細觀受力特征統計分析95
7.1.1膠砂內部應力分布特點的統計分析95
7.1.2材料參數對應力分布規律影響分析100
7.1.3路面應力分布對比分析107
7.2瀝青混凝土細觀水損規律114
7.2.1瀝青混合料細觀模型構建方法114
7.2.2模型參數對比驗證118
7.2.3損傷模式對瀝青混凝土損傷程度的影響119
7.2.4水溫耦合作用下瀝青混合料水擴散規律分析121
7.2.5水溫耦合作用下瀝青混合料損傷開裂特點124
參考文獻126
前言
第1章緒論1
1.1數字圖像處理技術原理1
1.2數字圖像處理技術在瀝青混合料中的應用現狀3
1.2.1集料特征測量與評價3
1.2.2瀝青混合料質量管控與評價12
1.2.3瀝青混合料力學性能仿真分析16
1.2.4瀝青路面檢測17
1.3數字圖像處理技術應用優勢與未來趨勢19
參考文獻21
第2章瀝青混凝土數字圖像的采集與處理24
2.1瀝青混凝土圖像采集方式24
2.1.1數字攝像24
2.1.2CT技術25
2.2瀝青混凝土數字圖像處理技術28
2.2.1瀝青混凝土數字圖像特點28
2.2.2圖像去噪方法29
2.2.3圖像增強31
2.2.4基于*大類間方差法的圖像分割方法34
2.2.5集料輪廓粘連分割方法研究36
參考文獻40
第3章油石界面破壞模式的數字圖像表征41
3.1瀝青混凝土服役環境41
3.2油石界面黏結性能41
3.2.1拉脫試驗方法41
3.2.2正交試驗設計45
3.2.3油石界面黏結強度變化規律46
3.3油石界面破壞模式48
3.3.1油石黏結破壞斷面圖像處理技術48
3.3.2油石界面破壞模式統計分析50
3.4油石界面強度多因素耦合損傷模型51
參考文獻53
第4章瀝青混凝土級配組成的圖像識別推測方法56
4.1體視學轉換方法56
4.1.1球型粒子體視學推測理論56
4.1.2其他典型粒子體視學理論59
4.2顆粒截面尺寸分布概率的求解60
4.3密級配瀝青混凝土級配推測與驗證62
4.3.1集料幾何參數統計分析63
4.3.2截面尺寸分布概率對比分析63
4.3.3級配推測精度的驗證64
參考文獻65
第5章瀝青混合料細觀損傷特性的圖像評價67
5.1瀝青混合料CT圖像處理技術67
5.2水溫光耦合作用下瀝青混凝土空隙特征變化規律67
5.2.1瀝青混合料空隙圖像提取方法68
5.2.2瀝青混合料空隙圖像形狀特征69
5.2.3空隙形狀特征計算結果及討論70
5.3空隙演化的分形特征74
5.3.1分形理論模型74
5.3.2瀝青混合料圖像空隙水溫光損傷的分維特征75
參考文獻79
第6章瀝青混凝土圖像矢量化技術80
6.1矢量化建模方法分類80
6.1.1矢量化圖形法80
6.1.2多邊形逼近法84
6.2無尺度多邊形逼近理論與實現87
6.2.1多邊形逼近的基本定義87
6.2.2拆分與合并的判斷依據87
6.2.3迭代逼近的算法流程89
6.3逼近算法有效性及準確性驗證90
6.3.1近似迭代誤差變化規律分析90
6.3.2近似程度對分析模型規模的影響91
參考文獻93
第7章基于數字圖像處理技術的瀝青混凝土細觀力學性能分析95
7.1瀝青膠砂細觀受力特征統計分析95
7.1.1膠砂內部應力分布特點的統計分析95
7.1.2材料參數對應力分布規律影響分析100
7.1.3路面應力分布對比分析107
7.2瀝青混凝土細觀水損規律114
7.2.1瀝青混合料細觀模型構建方法114
7.2.2模型參數對比驗證118
7.2.3損傷模式對瀝青混凝土損傷程度的影響119
7.2.4水溫耦合作用下瀝青混合料水擴散規律分析121
7.2.5水溫耦合作用下瀝青混合料損傷開裂特點124
參考文獻126
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瀝青混凝土細觀性能數字圖像表征 節選
第1章緒論 1.1數字圖像處理技術原理 經過多年發展，我國交通基礎設施建設取得了跨越式的發展，公路總里程逐年增加。瀝青路面具有良好的行車舒適性和連續性，便于碾壓施工，在路面工程中得到廣泛應用，同時也成為現代高等級路面面層結構的首選形式。長期以來，對瀝青混合料工程性能和損傷破壞機制的研究是國內外普遍關注的研究熱點和難點。其中既有外部因素影響又有內部因素影響。一方面，采用瀝青混合料修筑的瀝青路面受到外部環境和行車荷載的作用，車輛荷載是容易確定的，復雜多變的環境因素則無疑增加了瀝青混凝土的受力復雜程度。另一方面，瀝青混合料是一種由瀝青膠漿、填料和礦質集料組成的復合材料，集料與瀝青膠漿具有完全不同的材料性質，當混合料受到外部荷載作用時，混合料內部的應力傳遞機理和變形機理極其復雜，運用經典力學理論只能對其進行近似計算分析，這種分析方法與混合料真實結構之間存在較大的差異。因此，對瀝青混合料內部的受力傳力機理的研究就顯得尤為重要。 傳統的路面設計方法以經典彈性力學或黏彈性力學為基礎［1，2］，通過試驗研究的方式確定瀝青混合料的力學參數［3］。這種方法側重于以材料的宏觀響應和參數描述混合料的性質，主要是從唯象學的角度對混合料力學性質進行評價分析，以宏觀定義的物理指標和力學指標作為面層結構設計的主要根據。但是長期的實際工程應用效果表明，即使宏觀指標滿足設計要求，瀝青混合料的力學性能和使用性能也不盡相同，嚴重時這些差異會呈現為瀝青路面損壞。可見僅采用宏觀指標不足以準確地描述瀝青混合料的性質。另外，宏觀指標難以明確混合料復雜的細觀復合結構，從而無法解釋混合料內部的受力傳力機理，這也恰恰是宏觀指標的缺陷所在。因此，從瀝青混合料真實結構入手研究混合料的力學性質將是十分有益的。 一方面，瀝青是一種高分子黏彈性材料，瀝青作為黏結材料，與集料混合組成了具有黏彈性能的復合材料，雖然大量的試驗研究對瀝青膠漿和混合料黏彈性能、疲勞性能等有了深入的了解和分析［4-8］，但是，瀝青混合料是多尺度、多層次（宏觀、細觀、微觀）和多相（氣相、液相、固相）的復合材料體系，比人們所認識的要復雜得多，混合料內部的結構特征、空隙含量以及集料含量都會對混合料的力學性能產生顯著影響［6］，集料的不規則形狀和分布特征也會影響瀝青混合料的力學性能。由于受到諸多因素的影響，瀝青混合料的宏觀性能具有模糊性和不確定性。在進行混合料性能試驗時，由于成型方式不可逆，混合料內部粗細集料隨機分布使得混合料某些指標呈現較大的隨機性。因此，評價混合料內部結構的均一性，分析瀝青混合料結構特點與受力傳力的內在聯系，顯得尤為重要。 另一方面，瀝青混合料結構的隨機性使得混合料內部結構的特性與宏觀尺度的指標評價存在很大差異，且由于受制于理論分析水平，基于現象的經驗方法需要大量的試驗。采用宏觀指標評價研究瀝青混合料的性能時，需要消耗大量的人力、財力和物力，并且測試結果的變異性大、再現性差。而采用細觀力學分析方法，不僅能避免大量的試驗，而且能夠從細觀尺度深入分析混合料在外部環境作用下的內部力學反應。對瀝青混合料內部結構的分析是研究瀝青混合料材料行為特征的理論基礎和重要途徑。 從瀝青混凝土的細觀結構入手，利用細觀力學的研究方法對瀝青混凝土內部結構進行模型重構，結合理論和試驗成果建立真實的物理模型，對瀝青混凝土材料的力學性能進行研究，揭示瀝青混合料細觀力學變化引起的宏觀響應，同時真實反映瀝青混合料的受力傳遞機理和變形機理，具有重要的理論意義。隨著計算機處理能力和數字圖像技術的迅速發展，圖像處理技術在很多學科得到廣泛應用。隨著研究的深入，數字圖像處理技術在2000年以后被逐步引入瀝青混合料材料性能的研究中。 數字圖像處理（digital image processing，DIP）技術，是利用計算機數據分析方法對數字圖像進行去除噪聲、增強、復原、分割、提取特征等一系列處理從而獲得預期數據結果的技術。對瀝青混凝土材料而言，數字圖像處理技術主要包括圖像獲取、圖像處理、圖像識別及圖像輸出4個過程。如圖1.1所示。 圖1.1數字圖像處理過程 利用數字圖像處理技術研究瀝青混合料的微觀結構，了解影響瀝青混凝土細觀性能的相關因素，為改善瀝青混合料設計方法提供了理論依據。數字圖像處理流程一般包括以下四個方面。 1）數字圖像編碼 數字圖像是經常需要存儲、傳輸的一種信息資源，而圖像編碼的主要研究內容就是在保證數字圖像通用性與可用性的前提下，采用合理的數字圖像格式，以盡量減少圖像的存儲容量，并保證圖像的完整性、可識別性、易操作性。一般來說，采用數字照相機或透視掃描技術獲取圖像。 2）圖像增強與復原 圖像增強的主要目的是改善數字圖像的主觀質量，并不追究造成數字圖像質量下降的原因；圖像復原是盡可能使數字圖像恢復本來面目，并找出圖像質量降低的原因及因素。概括地說，圖像增強主要是以數字圖像主觀清晰為目標，圖像復原是以數字圖像逼真為目標，兩者相輔相成，確保獲取的數字圖像的可操作性。 3）圖像分析 圖像分析主要有三個步驟：圖像分割、表達與描述、模式分類。圖像分割是通過預先定義的處理規則，在一幅圖像中把感興趣的對象與數字圖像的背景分離，獲取所需要的數字信息。表達與描述是通過適當的數學方式（圖論、空間矩法等）表示出對象的結構與統計性質或者兩者的相互關系。模式分類是根據已經獲取的數字圖像的信息對它的性質進行判斷。 4）圖像重建 圖像重建是通過陰影、運動等圖像信息處理技術，恢復三維物體的形狀，或通過X射線、核磁共振、超聲波等技術手段，得到同一對象不同角度的多個二維數字投影圖，進而通過計算機來構建物體較完整的三維數值結構，建立圖像模型。 1.2數字圖像處理技術在瀝青混合料中的應用現狀 1.2.1集料特征測量與評價 二維視角下，通過圖像采集設備快速獲取集料的高度、長度和寬度等特征，通過二次計算，可以得到圓度、長寬比和分形維數等指標。圖像采集設備包括電荷耦合器件（charge-coupled device，CCD）數字照相機、輪廓測量儀（profile scanner）、數碼顯微鏡。這些設備的測量效率有待進一步提高。因此，研究人員研制了更高效的圖像測量系統，包括集料圖像測量系統（aggregate image measure system，AIMS）［9，10］、粗集料形態特征研究系統（morphology analysis system of coarse aggregate，MASCA）［10］、集料圖像分析系統（University of Illinois Aggregate Image Analyzer，UI-AIA）［10］、數字圖像評估系統（digital image evaluation system，DIES）［11］等，如圖1.2所示。這些系統測試精度更高，測試速度更快，廣泛用于集料特征圖像分析。 圖1.2圖像測量系統 三維視角下，主要采用X射線計算機斷層掃描（computed tomography，CT）技術［10，12，13］和三維激光掃描技術［1，14-16］獲取集料圖像，圖像采集技術如圖1.3所示。其中X射線計算機斷層掃描設備及過程如圖1.4所示，三維激光掃描設備及過程如圖1.5所示。 X射線計算機斷層掃描（X-CT）成像原理是數據采集系統將檢測器測得的輻射強度值轉換為數字信號，進行計算機處理并輸出集料檢測層的切片圖像，然后，提取集料的二維特征，并使用一系列二維切片完成集料的三維重構。集料重構過程如圖1.6所示。其中典型的X-CT系統包括射線源、輻射探測器、準直儀、數據采集系統、樣品掃描機械系統、計算機系統和輔助系統，通過模式識別方法、體素方法［10］和傅里葉級數方法來測定集料的形態特征。圖1.3圖像采集技術 圖1.4X射線計算機斷層掃描設備及過程 圖1.5三維激光掃描設備及過程 圖1.6X射線計算機斷層掃描集料重構過程 三維激光掃描技術包括光信號感知方法、激光相位測量、激光脈沖測量和激光三角剖分。其原理是將集料放在一個旋轉臺上，激光束連接到坐標測量機，然后沿三個正交軸移動掃描儀，激光掃描儀的傳感器捕獲從物體反射的光。接收的光信號將轉換為具有三維空間坐標的點數據，對數據進行處理后用于下一步分析計算。光信號感知方法包括激光傳感方法和光纖傳感方法。光纖傳感方法測量精度極高，但測量結果易受集料自身顏色質地影響，檢測前需要對集料進行真空裹覆，增加了操作難度和時間，只適用于室內試驗研究；激光傳感方法影響因素少、測量精度高、測量效率高，被廣泛應用。三維激光掃描技術突破了傳統單點測量方法的局限性，能夠集中獲取目標物體的大量數據點。與CCD圖像處理和X射線計算機斷層掃描成像相比，激光掃描技術能夠真正實現集料顆粒的三維重建，能夠更快、更準確地獲得集料的形態特征。三維激光掃描集料重構過程如圖1.7所示。 圖1.7三維激光掃描集料重構過程
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