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原文传递基于智能集料的沥青路面车辙变形监测方法研究

论文题名：	基于智能集料的沥青路面车辙变形监测方法研究
关键词：	3D打印技术;封装结构;智能集料;空间状态;颗粒堆积体;车辙变形
摘要：	沥青路面是目前公路修建的主要铺面形式，在长期的车辆荷载和环境因素共同作用下，沥青路面会逐渐出现微小的损伤。当损伤累积到一定程度时，沥青路面会出现严重的车辙变形，导致公路平整度变差，影响行车的舒适性和安全性，大幅降低了沥青路面的使用寿命。针对沥青路面车辙变形实时监测问题，本文开发了搭载高精度姿态传感器的智能集料，其原理是将智能集料埋设在成型沥青混合料车辙板试件中，研究在荷载作用下智能集料姿态信号传输的演变规律，建立车辙变形与智能集料姿态信息变化的联系，提出车辆荷载累积作用下路面变形与智能集料空间状态关联的结构变形响应空间信息修正方法。　　本文基于工业CT扫描方法获取真实集料二维断面图像，通过VGStudio软件建立三维集料模型，进而获取可用于3D打印的智能集料封装结构模型。采用结构模型简化算法，在保留模型外形整体轮廓基本不变的情况下，降低模型表面分割精度，减少模型分割三角形数目，通过对比集料模型简化前后的网格数目、简化时间以及集料三维指标，确定了合适的简化率为0.1。根据不同作用环境选取了不同材料设计封装结构和底座，同时为了修正封装结构对智能集料测量误差的影响，提出了智能集料误差修正模型。　　为了验证智能集料感知变形能力，将封装好的智能集料放在不同掺配比例的粗细集料颗粒堆积体中，分析车辙仪器振动对智能集料姿态信号传输的影响。研究发现，在没有外界环境干扰下，车辙仪器振动对智能集料测量加速度信号干扰频率主要集中在1Hz~2Hz，对智能集料测量角度信号干扰频率主要集中在0Hz~1.5Hz，针对不同干扰频率分别设计了FFT带阻滤波器和FFT高通滤波器消除噪声干扰。在消除机器噪声干扰后，对在荷载作用下集料颗粒堆积变形进行监测。试验结果表明，不同掺配比例对粗集料颗粒堆积体骨架稳定性存在影响，细集料掺配越多，粗集料骨架越不稳定，同时表明了智能集料具有感知变形能力。　　在证明智能集料具有感知变形能力的基础上，将智能集料按照不同距离埋设在沥青混合料车辙板试件中，对车辙试件加载同时记录不同车辙深度下智能集料角度变化信息。采用灰关联分析方法研究智能集料不同敏感轴角度信息与车辙深度的关系，研究发现平行于车辙轮迹带的智能集料敏感轴角度变化信息与车辙深度关联程度较大，在此基础上通过智能集料角度信息变化建立智能集料姿态信息与车辙深度关系。　　本文最后通过单轴蠕变压缩试验和扩展Drucker-Prager模型获取沥青混合料黏弹参数，验证了扩展Drucker-Prager模型能够较好拟合蠕变迁移期和稳定期，同时建立了沥青路面和智能集料数值模型，对路面变形与智能集料空间状态关联的结构变形响应空间信息修正方法进行验证，并进一步建立真实路面数值模型为后续研究提供智能集料埋设方法。
作者：	梁尊东
专业：	交通运输工程
导师：	谭忆秋
授予学位：	硕士
授予学位单位：	哈尔滨工业大学
学位年度：	2021