本發(fā)明涉及瀝青材料檢測(cè)，具體涉及基于動(dòng)態(tài)表面能參數(shù)的瀝青材料愈合與開(kāi)裂性能檢測(cè)方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、瀝青材料廣泛應(yīng)用于道路、橋梁及機(jī)場(chǎng)跑道等基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，其力學(xué)性能和耐久性直接影響道路的使用壽命與行車(chē)安全。在長(zhǎng)期荷載及環(huán)境因素（如溫度變化、濕度、紫外線等）作用下，瀝青材料會(huì)發(fā)生微裂紋，而微裂紋的自愈合能力是影響瀝青路面耐久性的關(guān)鍵因素之一。

2、現(xiàn)有技術(shù)存在以下不足之處：

3、當(dāng)前的瀝青材料開(kāi)裂與愈合性能測(cè)試方法無(wú)法準(zhǔn)確反映材料在復(fù)雜環(huán)境條件下的動(dòng)態(tài)界面能演變規(guī)律，尤其是在車(chē)輛荷載循環(huán)作用與環(huán)境因素（如降雨滲透）交互影響下，瀝青材料界面能的非線性變化特征無(wú)法被有效測(cè)量。例如，在連續(xù)荷載作用下，瀝青材料可能出現(xiàn)短暫的應(yīng)力松弛現(xiàn)象，使微裂紋的界面能下降并暫時(shí)愈合，但隨著降雨滲透或溫度驟降，該界面能可能再次急劇上升，導(dǎo)致裂紋加速擴(kuò)展甚至引發(fā)不可逆損傷?，F(xiàn)有測(cè)試方法通常采用單次加載或恒定環(huán)境條件下的靜態(tài)測(cè)量，忽略了動(dòng)態(tài)表面能參數(shù)對(duì)愈合與開(kāi)裂過(guò)程的影響，使得瀝青材料的實(shí)際耐久性評(píng)估存在較大誤差。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的是提供一種基于動(dòng)態(tài)表面能參數(shù)的瀝青材料愈合與開(kāi)裂性能檢測(cè)方法及系統(tǒng)，以解決背景技術(shù)中不足。

2、為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：基于動(dòng)態(tài)表面能參數(shù)的瀝青材料愈合與開(kāi)裂性能檢測(cè)方法，包括：

3、獲取待測(cè)瀝青材料在不同環(huán)境條件作用下的表面能參數(shù)變化曲線?以及材料的初始表面能參數(shù)；

4、基于表面能參數(shù)變化曲線，在不同時(shí)間步長(zhǎng)內(nèi)測(cè)量瀝青材料的表面能，并計(jì)算界面能變化率，以獲取界面能變化數(shù)據(jù)序列表；

5、基于材料的初始表面能參數(shù)和界面能變化數(shù)據(jù)序列表，計(jì)算待測(cè)瀝青材料在各個(gè)時(shí)間步長(zhǎng)內(nèi)的動(dòng)態(tài)愈合能力指數(shù)和開(kāi)裂敏感性指數(shù)，以獲得瀝青材料在不同時(shí)間步長(zhǎng)處的愈合與開(kāi)裂狀態(tài)評(píng)估值；

6、構(gòu)建瀝青材料的動(dòng)態(tài)表面能演變模型，并基于有限元模擬及環(huán)境荷載交互作用分析，獲取瀝青材料在不同工況下的愈合與開(kāi)裂臨界值，以確定材料的耐久性預(yù)測(cè)參數(shù)；

7、基于愈合與開(kāi)裂狀態(tài)評(píng)估值，計(jì)算瀝青材料的預(yù)測(cè)動(dòng)態(tài)愈合速率和預(yù)測(cè)裂紋擴(kuò)展速率，并將所得數(shù)據(jù)與不同工況下的實(shí)測(cè)開(kāi)裂情況進(jìn)行對(duì)比，以優(yōu)化瀝青材料的動(dòng)態(tài)表面能演變模型。

8、優(yōu)選的，所述界面能變化率的計(jì)算采用滑動(dòng)窗口方法，即在設(shè)定的時(shí)間窗口內(nèi)，動(dòng)態(tài)計(jì)算單位時(shí)間步長(zhǎng)內(nèi)表面能的變化速率，以形成界面能變化數(shù)據(jù)序列表。

9、優(yōu)選的，其中，動(dòng)態(tài)愈合能力指數(shù)的獲取方法為：設(shè)初始表面能參數(shù)為，設(shè)時(shí)間序列表面能參數(shù)為在時(shí)間處測(cè)得的表面能，形成數(shù)據(jù)序列；計(jì)算單位時(shí)間步長(zhǎng)δt內(nèi)的界面能變化率，其中，反映瀝青材料在時(shí)間處的界面能變化速率；計(jì)算愈合速率，定義為：；其中：為瀝青材料發(fā)生初始微裂紋時(shí)的表面能，表示裂紋產(chǎn)生后表面能的下降幅度，表示在時(shí)間處表面能的恢復(fù)程度，n為測(cè)量的總時(shí)間步數(shù)；

10、計(jì)算愈合延遲因子，定義為：；其中：為愈合過(guò)程的起始時(shí)間，代表時(shí)間偏移量，反映界面能變化速率的絕對(duì)值，表示愈合過(guò)程的非均勻性；

11、計(jì)算動(dòng)態(tài)愈合能力指數(shù)h，動(dòng)態(tài)愈合能力指數(shù)h由愈合速率和愈合延遲因子計(jì)算得到，表達(dá)式為：；α和β為權(quán)重系數(shù)。

12、優(yōu)選的，開(kāi)裂敏感性指數(shù)的獲取方法為：在相場(chǎng)模型中，瀝青材料的總自由能密度函數(shù)可由彈性應(yīng)變能和裂紋耗散能組成：；其中：為裂紋退化函數(shù)，定義為：；其中，為裂紋相變量，為彈性應(yīng)變能密度，為裂紋表面能耗散項(xiàng)；計(jì)算裂紋擴(kuò)展速率，裂紋擴(kuò)展速率通過(guò)相場(chǎng)變量的時(shí)空演化關(guān)系計(jì)算：；其中：a為計(jì)算區(qū)域的面積，ω為裂紋擴(kuò)展區(qū)域；開(kāi)裂敏感性指數(shù)通過(guò)裂紋擴(kuò)展速率和界面能變化率通過(guò)加權(quán)平均求和計(jì)算得到。

13、優(yōu)選的，將動(dòng)態(tài)愈合能力指數(shù)和開(kāi)裂敏感性指數(shù)轉(zhuǎn)換為綜合特征向量，將綜合特征向量作為機(jī)器學(xué)習(xí)模型的輸入，機(jī)器學(xué)習(xí)模型以每組綜合特征向量預(yù)測(cè)瀝青材料在不同時(shí)間步長(zhǎng)處的愈合與開(kāi)裂狀態(tài)評(píng)估值標(biāo)簽為預(yù)測(cè)目標(biāo)，以最小化對(duì)所有瀝青材料在不同時(shí)間步長(zhǎng)處的愈合與開(kāi)裂狀態(tài)評(píng)估值標(biāo)簽的預(yù)測(cè)誤差之和作為訓(xùn)練目標(biāo)，對(duì)機(jī)器學(xué)習(xí)模型進(jìn)行訓(xùn)練，直至預(yù)測(cè)誤差之和達(dá)到收斂時(shí)停止模型訓(xùn)練，根據(jù)模型輸出結(jié)果確定瀝青材料在不同時(shí)間步長(zhǎng)處的愈合與開(kāi)裂狀態(tài)評(píng)估值，其中，機(jī)器學(xué)習(xí)模型為多項(xiàng)式回歸模型。

14、優(yōu)選的，動(dòng)態(tài)表面能演變模型用于描述瀝青材料在不同環(huán)境條件下的界面能變化，表示為：；其中：為時(shí)間t處的表面能，為初始表面能，為動(dòng)態(tài)影響因子函數(shù)，t為溫度，q為濕度，σ為應(yīng)力，為應(yīng)變率，n為荷載循環(huán)次數(shù)；建立有限元模型，構(gòu)建瀝青試樣的有限元網(wǎng)格，劃分細(xì)化區(qū)域以精確模擬裂紋擴(kuò)展，輸入瀝青的粘彈性參數(shù)：施加溫度場(chǎng)、施加荷載和施加濕度場(chǎng)，利用擴(kuò)展有限元求解裂紋擴(kuò)展方程；

15、基于有限元模擬結(jié)果，提取愈合與開(kāi)裂臨界值：愈合臨界值：當(dāng)材料表面能恢復(fù)到以上時(shí)，裂紋自愈合；開(kāi)裂臨界值：當(dāng)表面能降低到以下時(shí)，裂紋發(fā)生不可逆擴(kuò)展。

16、優(yōu)選的，計(jì)算預(yù)測(cè)動(dòng)態(tài)愈合速率，動(dòng)態(tài)愈合速率用于描述瀝青材料在不同時(shí)間步長(zhǎng)δt內(nèi)的表面能恢復(fù)能力，其計(jì)算公式為：；其中：時(shí)間t處的預(yù)測(cè)動(dòng)態(tài)愈合速率，為時(shí)間t處的愈合狀態(tài)評(píng)估值，為時(shí)間步長(zhǎng)處的愈合狀態(tài)評(píng)估值，δt為時(shí)間步長(zhǎng)；

17、計(jì)算預(yù)測(cè)裂紋擴(kuò)展速率，裂紋擴(kuò)展速率用于描述瀝青材料在不同時(shí)間步長(zhǎng)內(nèi)的裂紋生長(zhǎng)趨勢(shì)，其計(jì)算公式為：；其中：為時(shí)間t處的預(yù)測(cè)裂紋擴(kuò)展速率，為時(shí)間t處的開(kāi)裂狀態(tài)評(píng)估值，表示材料裂紋擴(kuò)展程度，為時(shí)間步長(zhǎng)處的開(kāi)裂狀態(tài)評(píng)估值；

18、采集不同工況下的實(shí)測(cè)開(kāi)裂數(shù)據(jù)，在不同環(huán)境條件下，對(duì)瀝青試樣進(jìn)行長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)，獲取實(shí)測(cè)裂紋擴(kuò)展速率；將計(jì)算得到的裂紋擴(kuò)展速率與實(shí)測(cè)裂紋擴(kuò)展速率進(jìn)行對(duì)比，計(jì)算預(yù)測(cè)誤差；若?>15%，表明模型存在偏差，需修正瀝青材料的動(dòng)態(tài)表面能演變模型。

19、本發(fā)明還提供了基于動(dòng)態(tài)表面能參數(shù)的瀝青材料愈合與開(kāi)裂性能檢測(cè)系統(tǒng)，包括數(shù)據(jù)獲取模塊、界面能變化率計(jì)算模塊、評(píng)估模塊，動(dòng)態(tài)表面能演變模型構(gòu)建模塊以及優(yōu)化預(yù)測(cè)模塊；

20、數(shù)據(jù)獲取模塊：獲取待測(cè)瀝青材料在不同環(huán)境條件作用下的表面能參數(shù)變化曲線以及材料的初始表面能參數(shù)；

21、界面能變化率計(jì)算模塊：基于表面能參數(shù)變化曲線，在不同時(shí)間步長(zhǎng)內(nèi)測(cè)量瀝青材料的表面能，并計(jì)算界面能變化率，以獲取界面能變化數(shù)據(jù)序列表；

22、評(píng)估模塊：基于材料的初始表面能參數(shù)和界面能變化數(shù)據(jù)序列表，計(jì)算待測(cè)瀝青材料在各個(gè)時(shí)間步長(zhǎng)內(nèi)的動(dòng)態(tài)愈合能力指數(shù)和開(kāi)裂敏感性指數(shù)，以獲得瀝青材料在不同時(shí)間步長(zhǎng)處的愈合與開(kāi)裂狀態(tài)評(píng)估值；

23、動(dòng)態(tài)表面能演變模型構(gòu)建模塊：構(gòu)建瀝青材料的動(dòng)態(tài)表面能演變模型，并基于有限元模擬及環(huán)境荷載交互作用分析，獲取瀝青材料在不同工況下的愈合與開(kāi)裂臨界值，以確定材料的耐久性預(yù)測(cè)參數(shù)；

24、優(yōu)化預(yù)測(cè)模塊：基于愈合與開(kāi)裂狀態(tài)評(píng)估值，計(jì)算瀝青材料的預(yù)測(cè)動(dòng)態(tài)愈合速率和預(yù)測(cè)裂紋擴(kuò)展速率，并將所得數(shù)據(jù)與不同工況下的實(shí)測(cè)開(kāi)裂情況進(jìn)行對(duì)比，以優(yōu)化瀝青材料的動(dòng)態(tài)表面能演變模型。

25、在上述技術(shù)方案中，本發(fā)明提供的技術(shù)效果和優(yōu)點(diǎn)：

26、1、本發(fā)明能夠精準(zhǔn)評(píng)估瀝青材料在復(fù)雜環(huán)境條件（如溫度驟變、濕度變化、荷載循環(huán)及降雨滲透等）下的愈合與開(kāi)裂特性。相較于現(xiàn)有技術(shù)，該方法引入動(dòng)態(tài)表面能參數(shù)，通過(guò)構(gòu)建表面能變化曲線、計(jì)算界面能變化率，并基于動(dòng)態(tài)愈合能力指數(shù)和開(kāi)裂敏感性指數(shù)定量分析材料的耐久性。同時(shí)，結(jié)合有限元模擬和環(huán)境荷載交互作用分析，獲取瀝青材料的愈合與開(kāi)裂臨界值，建立動(dòng)態(tài)表面能演變模型，有效提升材料開(kāi)裂預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確性。此外，本發(fā)明利用機(jī)器學(xué)習(xí)模型，通過(guò)多項(xiàng)式回歸算法訓(xùn)練綜合特征向量，預(yù)測(cè)不同時(shí)間步長(zhǎng)下的愈合與開(kāi)裂狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的性能評(píng)估與優(yōu)化。

27、2、本發(fā)明能夠在多種復(fù)雜工況下（如高溫、低溫、濕度變化及長(zhǎng)期荷載作用）準(zhǔn)確評(píng)估瀝青材料的動(dòng)態(tài)愈合與開(kāi)裂行為，從而優(yōu)化材料配方，提高道路結(jié)構(gòu)的耐久性。相比傳統(tǒng)靜態(tài)測(cè)量方法，該方法不僅能夠?qū)崟r(shí)追蹤表面能演變趨勢(shì)，還可量化愈合能力與裂紋擴(kuò)展速率，結(jié)合實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)優(yōu)化預(yù)測(cè)模型，減少耐久性評(píng)估誤差。通過(guò)優(yōu)化瀝青材料的動(dòng)態(tài)表面能演變模型，本發(fā)明可有效提升道路材料的抗裂性能，延長(zhǎng)道路壽命，降低維護(hù)成本，為工程實(shí)踐提供科學(xué)可靠的技術(shù)支持。