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原文传递沥青混合料的数字图像处理技术与概率统计方法研究

论文题名：	沥青混合料的数字图像处理技术与概率统计方法研究
关键词：	沥青混合料;数字图像处理技术;概率统计;三维体;粗集料骨架间隙率;计算;二维图像;统计方法;三维空间结构;颗粒;二维截面;工业;体视学方法;体积参数;力学试验;空隙;特性研究;工程;分布状态;断层图像
摘要：	随着通车里程的增加，人们对于良好的路面服务水平提出了更高的要求，从而导致了对沥青混合料使用性能的关注。传统研究方法虽为世界道路行业的进步做出了巨大贡献，但现在已经逐渐无法满足工程需要。由于数字图像处理技术的方便性、经济性、可利用信息量大和形象化存储等方面的优点，其工程应用已成为国际土木工程领域的热门课题。本论文在此背景下结合工业CT，对沥青混合料的二维数字图像处理技术与概率统计方法作了深入研究，对试件的三维体积参数测量与虚拟力学试验作了初步研究。　　二维数字图像处理技术方法简单、操作方便，包括图像获取、图像处理和图像分析几个步骤，本论文以沥青混合料截面图像为例，详细介绍了以上各步骤的处理方法；进一步为了提高识别的准确性与科学性，以及能够建立沥青混合料内部直观的三维空间结构，展现沥青混合料的三维空间形态，介绍了工业CT的相关概念、原理和操作方法等内容。　　应用工业CT对沥青混合料三维空间结构进行识别与分析，是沥青混合料研究领域的一大进步。使用德国YXLON公司生产的Compact-225型工业CT扫描了沥青混合料试件，采用机器配置的图像处理软件VGStudio MAX2．0重建并分析了试件内部结构，测量了体积参数，并对沥青混合料内部的空隙分布特性做了初步研究。　　直接开展沥青砂胶和集料颗粒的三维特性研究还存在集料颗粒复原困难、图像重建和逆向工程等问题。而从理论上和技术上都说明，采用统计方法是能够从批量二维图像的分析中反映或计算出三维实体信息的，方法也容易实现。本文以二维断层图像或连续截面图像为研究对象，运用概率和统计学理论，通过分析工业CT扫描获得的空隙断层图像，提出一种将三维体研究转化为二维截面研究的体视学方法；进一步以计算粗集料骨架间隙率VCAmix的过程为例，将这种方法加以推广；另外通过把集料假设为球形，采用体视学方程由二维截面上的级配推导了沥青混合料的三维体积级配。　　基于数字图像的统计特性研究了沥青混合料的体积组成。采用数字图像处理技术结合体视学方法，通过分析一定数量截面中粗集料的分布状态计算出租集料在三维体积中的分布状态，为均匀性的研究提供定量评价指标。采用数字图像处理技术和分形理论，及二者结合而推导出的分维计算方法，对多幅二维图像取平均值，计算了集料、颗粒级配、空隙和矿料间隙的分形维数。采用数字图像处理技术，识别了颗粒并计算其在截面上的坐标位置，从微观上观察了荷载作用下的颗粒运动轨迹，并对多幅图像中的颗粒采用统计方法进行分析。　　提出了沥青混合料DIP-FEM虚拟力学试验方法。该方法将沥青混合料微观结构数字图像转化为矢量图格式，对集料、空隙和沥青胶浆分别建模，采用自适应网格剖分技术完成前处理并和有限元软件ANSYS结合。研究中将集料单元和沥青胶浆单元分别赋予不同的材料参数，对不同模量比、有无空隙和不同加载位置的沥青混合料劈裂试验进行了虚拟力学计算。
作者：	吴文亮
专业：	结构工程
导师：	张肖宁
授予学位：	博士
授予学位单位：	华南理工大学
学位年度：	2009
正文语种：	中文