一种基于有限元模型的激光弯沉仪测量结果修正方法技术

本发明专利技术提出了一种基于有限元模型的激光弯沉仪测量结果修正方法，属于测量仪器测量结果修正技术领域，其包括构建黏弹性路面模型；计算激光弯沉仪对黏弹性路面模型的弯沉参数测量值Y；计算落锤式弯沉仪对黏弹性路面模型的标准弯沉参数测量值Y0；通过弯沉参数测量值Y和标准弯沉参数测量值Y0计算多种环境因素作用下的弯沉修正参数ρ；筛选出对激光弯沉仪测量结果影响较大的m个环境条件影响因子；建立激光弯沉仪测量结果修正模型；根据激光弯沉仪测量结果修正模型对激光弯沉仪测量结果进行修正。本发明专利技术通过对激光弯沉仪测量结果进行修正，提高了激光弯沉仪测量结果的准确性，确保测量结果不会影响到后续模量反算的准确性。测量结果不会影响到后续模量反算的准确性。

【技术实现步骤摘要】
一种基于有限元模型的激光弯沉仪测量结果修正方法


[0001]本专利技术属于测量仪器测量结果修正
，涉及高速弯沉仪的修正技术，具体为一种基于有限元模型的激光弯沉仪测量结果修正方法。

技术介绍

[0002]激光弯沉仪是专门用来测定路面微小弯沉所用的仪器，其测量精度一般在微米数量级，激光弯沉仪具有操作简单、精度高、读数稳定、体积小以及质量轻等特点，因此，在路面弯沉测量方面应用比较广泛。
[0003]但是目前激光弯沉仪主要是在平直、交通状况良好的道路上使用。受场地与检测车辆操作的限制，激光弯沉仪现场测验的难度较大，试验结果的重复性较差，特别是在路面变形量微小的黏弹性路面，现场试验无法保证测试条件的严格控制，导致路表温度、面层厚度、车速等环境因素的不同，造成激光弯沉仪的测量结果不准确，进而影响到后续模量反算的准确性。

技术实现思路

[0004]针对上述所描述的激光弯沉仪在黏弹性路面试验时，由于现场试验无法保证测试条件的严格控制，造成激光弯沉仪的测量结果不准确的问题，本专利技术提出了一种基于有限元模型的激光弯沉仪测量结果修正方法。
[0005]本专利技术能够量化车速、路表温度、面层厚度以及基层厚度等外界环境因素对激光弯沉仪测量结果的影响，本专利技术是基于有限元建模的方法来获取不同环境综合作用下路面材料黏弹性与非均布移动载荷的有限元道路弯沉相应模型，并利用数据拟合的方法匹配激光弯沉仪的修正系数模型，提高激光弯沉仪测量结果的准确性，确保测量结果不会影响到后续模量反算的准确性；其具体技术方案如下：
[0006]一种基于有限元模型的激光弯沉仪测量结果修正方法，包括以下步骤：
[0007]1)构建黏弹性路面模型；
[0008]2)在多种环境因素下，利用激光弯沉仪对黏弹性路面模型的弯沉情况进行仿真试验，计算激光弯沉仪对黏弹性路面模型的弯沉参数测量值Y；
[0009]3)以落锤式弯沉仪为标准测量仪器，设置落锤式弯沉仪的参考温度为21.1℃、落锤式弯沉仪的参考速度为0km/h，利用落锤式弯沉仪对黏弹性路面模型的弯沉情况进行仿真试验，计算落锤式弯沉仪对黏弹性路面模型的标准弯沉参数测量值Y0；通过弯沉参数测量值Y和标准弯沉参数测量值Y0计算多种环境因素作用下的弯沉修正参数ρ；
[0010]4)根据弯沉参数测量值Y利用决策树算法筛选出对激光弯沉仪测量结果影响较大的m个环境条件影响因子；
[0011]5)将步骤3)计算的弯沉修正参数ρ作为因变量，步骤4)筛选的环境条件影响因子作为自变量，利用数值拟合的方法计算拟合参数A、a、b、c和d，拟合参数A、a、b、c和d均为无量纲，建立激光弯沉仪测量结果修正模型：
[0012][0013]式中，ζ为修正系数；X1、X2、X3和X4为不同的环境因素；v为参考速度，km/h；T为参考温度，℃；H1为面层参考厚度，cm；H2为基层参考厚度，cm；
[0014]6)根据激光弯沉仪测量结果修正模型对激光弯沉仪测量结果进行修正。
[0015]进一步限定，所述通过弯沉参数测量值Y和标准弯沉参数测量值Y0计算多种环境因素作用下的弯沉修正参数ρ的计算公式为：
[0016][0017]进一步限定，所述多种环境因素包括路表温度、车速、面层厚度和基层厚度，其中，X1为车速，单位为km/h；X2为路表温度，单位为℃；X3为面层厚度，cm；X4为基层厚度，cm。
[0018]进一步限定，所述步骤1)的黏弹性路面模型是基于面层材料的动态模拟试验数据、面层材料的有限元模型结构参数以及面层材料参数进行构建的。
[0019]进一步限定，所述步骤5)中的数值拟合是基于正交距离回归原理，利用Excel电子表格软件、JMP数据分析软件或Origin数据处理软件进行拟合的。
[0020]进一步限定，所述步骤4)中对激光弯沉仪测量结果影响较大的m个环境条件影响因子的筛选条件为：利用决策树算法处理后取贡献率大于0.1的环境条件影响因子。
[0021]进一步限定，所述m≤3。
[0022]与现有技术相比，本专利技术的有益效果在于：
[0023]本专利技术基于有限元模型的激光弯沉仪测量结果修正方法，其利用有限元方法构件黏弹性路面模型，接着利用决策树算法确定对激光弯沉仪测量结果影响较大的环境条件影响因子，最后根据环境条件影响因子以及数据拟合的方式建立激光弯沉仪测量结果修正模型，通过激光弯沉仪测量结果修正模型；本专利技术量化了不同环境因素，包括车速、路表温度、面层厚度以及基层厚度等外界环境因素对激光弯沉仪测量结果的影响，建立的激光弯沉仪测量结果修正模型能够提高激光弯沉仪测量结果的准确性，确保测量结果不会影响到后续模量反算的准确性。
附图说明
[0024]图1为本专利技术基于有限元模型的激光弯沉仪测量结果修正方法的过程示意图；
[0025]图2为利用落锤式弯沉仪对黏弹性路面模型的弯沉情况进行仿真试验的加载特征图；
[0026]图3为激光弯沉仪测量结果校正前后分别与落锤式弯沉仪测量的标准弯沉参数测量值对比图；
[0027]图4为激光弯沉仪测量结果校正前后的绝对误差对比图。
具体实施方式
[0028]下面结合附图及实施例对本专利技术的技术方案进行进一步地解释说明，但本专利技术并不限于以下说明的实施方式。
[0029]实施例
[0030]参见图1，本实施例一种基于有限元模型的激光弯沉仪测量结果修正方法，其包括以下步骤：
[0031]1)构建黏弹性路面模型；本实施例中的黏弹性路面模型是基于有限元模型建立的；具体的，黏弹性路面模型是基于面层材料的动态模拟试验数据、面层材料的有限元模型结构参数(参见表1)以及面层材料参数(参见表2和表3、表4)进行构建的；初始模型取面层材料为SMA
‑
13，沥青层厚度为16cm，基层厚度38cm，底基层厚度为20cm，地基厚度为5m；面层材料的有限元模型结构参数、面层材料剪切模量参数、面层材料的WLF方程相关参数以及面层材料的Rayleigh阻尼相关参数分别参见下表1
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表4：
[0032]表1：面层材料的有限元模型结构参数
[0033]材料层位杨氏模量(MPa,20℃)泊松比密度(kg/m3)SMA
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13面层17500.352400二灰砂基层100000.252100石灰土底基层20000.351900土基地基2500.401900
[0034]表2：面层材料剪切模量参数
[0035][0036][0037]表中，τ
m
指广义Maxwell模型中各分支的松弛时间，G
m
指广义Maxwell模型中各分支的剪切模量。
[0038]表3：面层材料的WLF方程相关参数
[0039]类型T
ref
(℃)C1C2SMA
‑
1321.110.9116.3
[0040]表中，SMA
‑
13指本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于有限元模型的激光弯沉仪测量结果修正方法，其特征在于，包括以下步骤：1)构建黏弹性路面模型；2)在多种环境因素下，利用激光弯沉仪对黏弹性路面模型的弯沉情况进行仿真试验，计算激光弯沉仪对黏弹性路面模型的弯沉参数测量值Y；3)以落锤式弯沉仪为标准测量仪器，设置落锤式弯沉仪的参考温度为21.1℃、落锤式弯沉仪的参考速度为0km/h，利用落锤式弯沉仪对黏弹性路面模型的弯沉情况进行仿真试验，计算落锤式弯沉仪对黏弹性路面模型的标准弯沉参数测量值Y0；通过弯沉参数测量值Y和标准弯沉参数测量值Y0计算多种环境因素作用下的弯沉修正参数ρ；4)根据弯沉参数测量值Y利用决策树算法筛选出对激光弯沉仪测量结果影响较大的m个环境条件影响因子；5)将步骤3)计算的弯沉修正参数ρ作为因变量，步骤4)筛选的环境条件影响因子作为自变量，利用数值拟合的方法计算拟合参数A、a、b、c和d，拟合参数A、a、b、c和d均为无量纲，建立激光弯沉仪测量结果修正模型：式中，ζ为修正系数；X1、X2、X3和X4为不同的环境因素；v为参考速度，km/h；T为参考温度，℃；H1为面层参考厚度，cm；H2为基层参考厚度，cm；6)根据激光弯沉仪测量结果修正模型对激光弯沉仪测量结果进行修正。2.如权利要求1所述的基于有限元模型的激...

【专利技术属性】
技术研发人员：阳应荣，赵峥嵘，李阳，董侨，李亘宇，顾兴宇，
申请(专利权)人：贵州省公路建设养护集团有限公司，
类型：发明
国别省市：