基于数字图象处理的HMA集料形状及分布特征研究

论文题目: 基于数字图象处理的HMA集料形状及分布特征研究

论文类型: 硕士论文

论文专业: 道路与铁道工程

作者: 蒯海东

导师: 倪富健

关键词: 数字图象处理,生长算法,集料形状特征,面积级配,均匀性,偏心率,扁平系数

文献来源: 东南大学

发表年度: 2005

论文摘要: 沥青混合料宏观力学性能的变异性很大,即使是级配、油石比等各项指标都完全一致的两个平行试件。沥青混合料本身组成的复杂性是产生这种变异现象的主要原因。当前大量的研究主要集中在宏观性能上,并没有从其本质上的微观结构进行深入研究。本文采用数字图象处理技术,借助计算机开发研究沥青混合料微观结构的分析软件,从集料形状特征以及其在沥青混合料内部的分布规律入手,对沥青混合料的微观结构进行深入探讨,分析产生沥青混合料宏观力学性能差异的本质原因。本文首先对数字图象处理技术进行一般性研究,找出了适用于沥青混合料微观结构研究的数字图象处理方法,并针对图象的数学描述和几何分析的实际需要开发了各项微观指标,主要包括集料的周长、面积、主轴方向以及重心位置等。为研究集料的形状特征,本文开发了集料形状特征分析系统软件,分别运用二维指标和三维指标描述集料个体的形状特征。另外,采用形状指标平均值、形状指标曲线和曲线包络面积等指标来分析集料总体的形状特征。对于集料在沥青混合料内部的分布特征的研究,本文开发沥青混合料均匀性分析系统来研究集料分布的均匀性,形成了以偏心率指标和面积级配曲线方差分析为主要手段的研究方法。运用本文所开发的研究方法对沥青混合料集料进行微观结构分析,并结合一定量的宏观实验,得到的主要结论有:①生长算法,能够有效的将集料颗粒从沥青背景中辨别出来,使混合料图象可以采用计算机直接进行处理。在数字图象处理基础上开发的分析集料颗粒的微观参数,如周长、面积等,可以精确描述沥青混合料的集料的微观特征。②基于沥青混合料数字图象处理技术而开发的处理软件是分析沥青混合料内部结构,研究沥青混合料宏观力学性能的有效手段。采用本文所述的图象处理方法以及所开发的指标,可以很好的对沥青混合料微观结构进行分析和研究,表达出集料颗粒的形状特征。③五个表示粗集料形状特征的指标中,球状系数(SP)和扁平系数(FI)能够较好的反映集料的三维形状特征;形状比率(AR)、等效椭圆周长比(AIpe)、等效圆周长比(SIpc)能够反映集料的轮廓形状特征、棱角粗糙性及整体二维形状特征。④扁平性集料更容易发生彼此“咬合”,随着扁平状颗粒的增多,马歇尔试件的结构类型发生的改变,扁平的大颗粒彼此“咬合”而导致孔隙率增大,形成不易产生剪切破坏的骨架-空隙结构,故组成混合料的集料总体的扁平系数平均值(FI )一定的值以后,混合料的剪切性能出现反弹。⑤面积级配可以用来检验马歇尔试件的实际级配;利用面积级配方差分析以及沥青混合料截面颗粒偏心率分析这两种手段研究马歇尔试件集料分布的均匀性,都得到水平方向均匀性尚可,竖直方向发生离析均匀性较差的结论。本研究表明运用数字图象处理技术分析沥青混合料微观结构有方便、快捷、准确的优势,能够从混合料内部结构上探究产生宏观力学性能差异的本质原因。

论文目录:

摘要

Abstract

第一章 绪论

1.1 沥青混合料集料特征的研究背景

1.2 国内外研究现状

1.2.1 集料形状及分布特征对沥青混合料的影响

1.2.2 图象处理技术及其在道路学科中的应用

1.3 本文研究的主要内容

第二章 数字图象处理技术

2.1 数字图象处理概述

2.2 图象数字化处理简介

2.3 数字图象处理方法介绍

2.4 计算机图象处理系统

2.5 数字图象处理常用术语

第三章 集料和沥青混合料的图象处理与识别

3.1 沥青混合料数字图象的获取

3.2 集料和沥青混合料的数字图象处理

3.2.1 图象处理基本过程

3.2.2 图象分辨率的选择

3.2.3 灰度图象的二值化分割

3.2.4 图象的数学形态学运算

3.3 图象的识别与分析

3.3.1 图象的识别

3.3.2 图象分析

第四章 集料形状特征分析系统

4.1 集料个体形状参数与计算机程序的实现

4.1.1 二维形状特征指标

4.1.2 三维特征指标

4.2 集料总体的形状指标

4.3 实验运用分析

4.3.1 原材料性质

4.3.2 级配的选择

4.3.3 单轴贯入实验

4.3.4 三轴实验

4.4 本章小结

第五章 集料在沥青混合料内部的分布特征

5.1 沥青混合料级配验证系统

5.1.1 计算机模拟筛分

5.1.2 面积级配理论

5.2 均匀性分析系统

5.2.1 偏心率指标的基本原理

5.2.2 面积级配曲线图

5.2.3 计算机程序计算

5.3 实验分析

5.3.1 实验安排

5.3.2 面积级配

5.3.3 面积级配数据的方差分析

5.3.4 偏心率分析

5.4 本章小结

第六章 主要结论及进一步研究方向

6.1 本研究主要结论

6.2 进一步研究的方向

致谢

参考文献

硕士在读期间发表的论文

发布时间: 2007-06-11

参考文献

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