(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 202210827523.8 (22)申请日 2022.07.13 (71)申请人 东南大学 地址 210096 江苏省南京市玄武区新 街口 街道四牌楼 2号 (72)发明人 刘阳　钱振东　 (74)专利代理 机构 南京经纬专利商标代理有限 公司 32200 专利代理师 石艳红 (51)Int.Cl. G06F 30/13(2020.01) G06F 30/20(2020.01) G06F 119/02(2020.01) G06F 119/12(2020.01) (54)发明名称 沥青铺面材料性能损伤时空演变表征模型 的建立方法 (57)摘要 本发明公开了沥青铺面材料性能损伤时空 演变表征模 型的建立方法， 基于沥青铺面立方体 结构的区块化损伤思想进行建立， 将沥青铺面结 构进行区块化均匀划分， 以失效区块单元数变化 表征环境侵蚀下沥青铺面材料性能损伤累积时 间变化特征， 以不同截面区块单元 失效概率分布 函数表征不均匀损伤空间梯度分布特征， 并通过 模型参数定义表征不同环境条件和材料内因影 响， 从宏观表象层次上建立复杂服役环境下沥青 铺面材料性能损伤时空演变模型， 本发明将各类 环境侵蚀作用看成共性损伤问题， 具有良好的普 适性， 提高了材料损伤评估的准确性， 同时避开 了材料微细 观损伤机理这一 “黑箱”层次， 降低了 试验成本和损伤测试的难度。 权利要求书3页 说明书9页 附图2页 CN 115098930 A 2022.09.23 CN 115098930 A 1.一种沥青铺面材料性能损伤时空演变表征模型的建立方法， 其特征在于： 包括如下 步骤： 步骤1、 区块划分， 具体包括如下步骤： 步骤1A、 选取立方体结构： 从待分析的沥青铺面材 料中选取设定尺寸的立方体结构； 步骤1B、 区块划分： 对步骤1A选取的立方体结构进行均匀的区块划分， 设立方体结构的 每边区块单 元数为N， 则立方体结构划分的总区块单 元数为N3； 步骤1C、 定义理想环境侵蚀状态： 理想环境侵蚀状态是指立方体结构六面受到相同的 环境侵蚀条件， 并且立方体结构材料内部到边界相同距离的区块单元服从同一损伤演 变规 律； 将位于边界上 的所有区块单元称为第1层区块单元， 则从外至内第m层区块单元中的每 个区块单 元至对应边界的距离均相等， 均服从相同的损伤演变规 律； 其中， 步骤2、 建立区块单元 失效率分布函数Fm(T)： 在理想环境侵蚀状态下， 第m层区块单元中 任意一个区块 单元失效率的分布函 数设为Fm(T)， 则Fm(T)服从以环境侵蚀作用时间T作为随 机变量的Weibull分布函数； 进而， Fm(T)为关于尺度参数λm和形状参数κ 的函数； 其中， 尺度 参数λm与均匀尺度参数λ0和损伤梯度参数G相关； λ0、 G和κ均为与侵蚀环境相关 的待求解参 数； 步骤3、 建立沥青铺面材 料性能损伤时空演变表征模型， 具体包括如下步骤： 步骤3A、 求 解立方体结构受损体积V ′， 则： 式中， E(ω)表示T＞T0时， 立方体 结构总体区块单元损伤这一事件ω的数学期望； 其中， T0表示损伤时间阈值； Nm表示第m层区块单 元中的区块单 元总数量； 步骤3B、 定义沥青铺面材 料损伤度D， 则： 式中， V为立方体结构的体积； 步骤3C、 联立公式(3 ‑1)和(3‑2)， 得到沥青铺面材 料性能损伤时空演变表征模型为： 步骤4、 求 解 λ0、 κ和G， 包括如下步骤： 步骤4A、 根据室内环境模拟系统开展理想环境侵蚀状态下沥青铺面试件损伤试验， 得 到理想模拟环境侵蚀状态下的若干个沥青铺面材 料损伤度D； 步骤4B、 采用极大似然估计方法分别确定公式(3 ‑3)中所包 含的λ0、 κ和G； 步骤5、 将求解得到的λ0、 κ和G， 分别代入公式(3 ‑3)中， 从而得到理想环境侵蚀状态下的 沥青铺面材 料性能损伤时空演变表征模型； 步骤6、 通过改变公式(3 ‑3)中的λ0和G， 推导得到实际服役环境下沥青铺面材料性能损 伤时空演变表征模型。 2.根据权利要求1所述的沥青铺面材料性能损伤时空演变表征模型的建立方法， 其特权　利　要　求　书 1/3 页 2 CN 115098930 A 2征在于： 步骤2中， 区块单 元失效率分布函数 Fm(T)的表达式为： 其中： 3.根据权利要求2所述的沥青铺面材料性能损伤时空演变表征模型的建立方法， 其特 征在于： 步骤3A中， Nm的计算公式为： Nm＝6N2‑24mN+12N+24m ‑16    (3‑1a)。 4.根据权利要求3所述的沥青铺面材料性能损伤时空演变表征模型的建立方法， 其特 征在于： 将公式(2 ‑1)、 (2‑2)和(3‑1a)代入公式(3 ‑3)后， 得到新的沥青铺面材料性能损伤 时空演变表征模型为： 5.根据权利要求1所述的沥青铺面材料性能损伤时空演变表征模型的建立方法， 其特 征在于： 损伤时间阈值T0与均匀尺度参数 λ0呈反比， 具体表达式为： 其中， α 为比例系数。 6.根据权利要求1所述的沥青铺面材料性能损伤时空演变表征模型的建立方法， 其特 征在于： 步骤1A中， 立方体结构的边长为3～6厘米； 步骤1B中， N ＝14。 7.根据权利要求1所述的沥青铺面材料性能损伤时空演变表征模型的建立方法， 其特 征在于： 步骤4A中， 每 个沥青铺面材 料损伤度D的获取 方法， 包括如下步骤： 步骤4A1、 制作沥青混凝土试件： 采用沥青混合料拌合、 碾压和切割工艺， 成型若干与 步 骤1中沥青铺面 立方体结构同尺寸的沥青混凝 土试件； 步骤4A2、 测试动态 压缩弹性模 量E0： 从步骤4A1制作的沥青混凝土 试件中取出3个， 采用 MTS路面动态测试系统对3个沥青混凝土试件开展20℃， 0.7MPa应力下的同步测试试验， 从 而得到沥青混凝 土试件在的动态压缩弹性模量E0； 步骤4A3、 测试动态压缩弹性模 量E1： 将步骤4A1制作的剩余沥青混凝土试件 放置于室内 环境模拟系统中， 对沥青混凝土立方体试件四周六面施加相同的损伤梯度， 进而模拟理想 环境侵蚀状态； 将经过理想环境侵蚀后的沥青混凝土试件进行同步试验， 测试得到动态压 缩弹性模量E1； 步骤4A4、 计算损伤度D， 具体 计算公式为： 8.根据权利要求7所述的沥青铺面材料性能损伤时空演变表征模型的建立方法， 其特 征在于： 步骤4A3中， 在室内环境模拟系统中， 对沥青混凝土立方体试件四周六面施加相同 强度、 垂直照射的紫外光照辐射作用， 并对整个沥青 混凝土试件施加冻融循环作用， 保证试权　利　要　求　书 2/3 页 3 CN 115098930 A 3