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道路工作者的“透视法宝”——工业X-CT技术

1117    2020-08-28    发布者:中国测试杂志社    来源:原创

以往道路工作者进行沥青混合料研究大多从破坏现象和宏观力学试验入手,开展了大量有关强度和变形的试验研究。限于没有合适的技术手段,对沥青混合料的破坏机理和细观结构研究甚少。工业X-CT技术的出现,为道路工作者提供了一双“透视眼”,使沥青混合料细观结构研究成为可能。

工业X-CT,即工业计算机断层扫描成像(X-industrial computerized tomography),是利用X射线源为放射源,在无损伤状态下得到被检测物断层的二维灰度图像,它以图像的灰度来分辨被检测断面的内部结构组成、材质、有无缺陷以及缺陷的性质和大小等,只需沿扫描线扫描得到足够多的断层二维图像,就可以得到被检测物的三维图像。工业CT图像是数字化的结果,从中可以直接给出像素值、尺寸等物理信息,数字化图像便于存储、传输、分析和处理。试验用工业X-CT实物,如图1所示。

图1 试验用工业X-CT实物

工业X-CT系统大致包括以下基本部件:射线源、辐射探测器和准直器、数据采集系统、样品扫描机械系统、计算机系统(硬件和软件)及辅助系统(辅助电源及辅助安全系统)等。典型的X-CT扫描系统,如图2所示。

图2 典型X-CT扫描系统

CT 的本质就是重建图像,CT 正是用重建图像才克服了常规 X 射线设备线性积分测量的局限性,从根本上克服了常规 X 射线机影像重叠的弊病,X-CT重建图像的工作原理图,如图3所示。

图3 X-CT重建图像的工作原理图

工业X-CT技术在沥青混合料领域有多种应用,主要是利用X-CT重建图像的功能进行颗粒和空隙形态分析,或者结合有限元或离散元软件进行细观结构力学分析。现举例如下:

红色部分为集料图像,绿色部分为胶浆图像,蓝色部分为空隙图像。

图4 沥青混合料三相物质提取图像

图5 不同阶数 n 的3D 仿真效果对比图(固定采样点数:75×75

图6 沥青混合料空隙分布与连通情况分析

图7 沥青混合料试样中集料的三维分布模拟

图8.1 在有限元软件ABAQUS中建模的示例

图8.2 在有限元软件ANSYS中建模的示例

图9 在离散元软件PFC3D中建模的示例

综上可知,工业X-CT技术是射线与计算机完美结合的产物,通过数字化图像的重建技术,为沥青混合料的骨料和空隙形态分析以及细观结构力学分析打开了方便之门,为沥青混合料的缺陷识别和细观结构研究提供了有效手段,是道路工作者当之无愧的 “透视法宝”。



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