(19)国家知识产权局 (12)发明 专利 (10)授权公告 号 (45)授权公告日 (21)申请 号 202210849764.2 (22)申请日 2022.07.20 (65)同一申请的已公布的文献号 申请公布号 CN 114925583 A (43)申请公布日 2022.08.19 (73)专利权人 中南大学 地址 410083 湖南省长 沙市岳麓区麓山 南 路932号 专利权人 湖南路桥建 设集团有限责任公司 (72)发明人 陈嘉祺　陈星早　石柱　杨春会　 罗振宇　陈宇哲　沈雪浩　 (74)专利代理 机构 长沙七源专利代理事务所 (普通合伙) 43214 专利代理师 周晓艳　张勇(51)Int.Cl. G06F 30/23(2020.01) (56)对比文件 US 6163292 A,2000.12.19 审查员 伍小晴 (54)发明名称 一种沥青混凝 土复介电常数确定方法 (57)摘要 一种沥青 混凝土复介电常数确定方法， 包括 以下步骤： 1： 通过骨料数据库， 在离散元软件中， 按级配生成沥青混凝土模 型； 2： 采用重整化的方 法， 将模型分为基质、 粗骨料、 空气和水， 并生成 文档； 3： 在电磁仿真软件中建立电磁波频域模 型， 构建三维几何， 并导入文档， 然后对几何联合 体进行布尔运算； 4： 对材料分别设置材料属性， 并将材料属性分别赋予对应的三维几何； 5： 对模 型设置电磁波端口及边界条件； 6： 对模 型进行网 格划分； 7： 设置研究的求解器起始频率、 停止频 率和步长； 8： 对研究进行计算， 得到S参数随频率 变化的曲线图， 输出S参数的复数形式； 9： 根据S 参数反算沥青混凝 土的复介电常数。 权利要求书4页 说明书10页 附图6页 CN 114925583 B 2022.10.25 CN 114925583 B 1.一种沥青混凝 土复介电常数确定方法， 其特 征在于， 包括以下步骤： 步骤1： 通过骨料数据库， 在离散元软件中， 按照级配生成沥青混凝土模型； 步骤1中， 具 体包括： 1.1随机从现有三维骨料模型库， 选择N个骨料模型， 并依次从GL ‑1编号至GL ‑N； 1.2通过PFC  3D软件， 将已经完成编号的三维骨料模型的stl文件依次导入， 生成模板 clump； 1.3将沥青混凝土视为粗骨料、 沥青混凝土基质、 空气和水四种组分组成的， 在离散元 软件中通过代码编程， 先生成一个长为C1、 宽为K1、 高为H1的长方体， 在长方体内， 按照沥青 混凝土的级配和油石比， 生成粗骨料球； 1.4采用直径等效法， 利用步骤1.2生成的模板clump， 等体积将步骤1.3所有粗骨料球 随机用各种模板clump替换， 生成粗骨料clump， 粗骨料clump设置在步骤1.3生成 的长方体 内， 步骤1.3生成的长方体中除粗骨料clump外的部分设为沥青混凝土基质 、 空气和水组成 的混合物； 步骤2： 采用重整化的方法， 将沥青混凝土模型分为基质、 粗骨料、 空气和水， 并生成文 档； 步骤2中具体包括： 2.1在步骤1生成的长方体的空间范围内， 生成大小相同且直径小于等于1mm的小球， 均 匀排列， 填满整个空间区域； 2.2通过代码判断， 小球的形心坐标位于粗骨料clump中还是位于沥青混凝土基质、 空 气和水组成的混合物中， 并根据小球形心坐标的位置对小球设置分组类别； 步骤2.2中， 将形心坐标位于粗骨料clump中的小球 的分组类别设置为guliao， 将形心 坐标位于沥青混凝 土基质、 空气和水组成的混合物中的小球的分组类别设置为jiz hi； 2.3删除所有的骨料clump， 只保留均布的小球； 2.4通过代码将分组类别属于沥青混凝土基质、 空气和水组成的混合物的小球， 随机调 整分组类别为空气和水， 使分组类别为空气和水的小球占总小球的比例分别满足沥青混凝 土空隙率和含水率要求； 步骤2.4中， 通过MATLAB代码， 在小球分组类别为jizhi的小球中， 随机选择小球， 将分 组类别改为 kongxi和shui， 使得空隙率和含水率达 到沥青混凝 土级配要求； 2.5将所有 小球的形心坐标和小球分组类别输出为txt文档； 步骤3： 在电磁仿真软件中建立电磁波频域模型， 构建三维几何， 并导入步骤2最终生成 的文档， 然后对三维几何形成的联合体进行布尔运 算； 步骤3具体包括： 3.1打开COMSOL  Multiphysics软件， 选择模型向导， 选择三维模型， 选择电磁波、 频域， 研究选择 频域， 进行构建； 3.2在COMS OL Multiphysics软件中， 选择几何， 依次构 建长C1、 宽为K1、 高分别为H3、 H2、 H1、 H2、 H3的相接的五个长方体； 3.3将模型最上方和最下方的长方体， 在组件定义中将属性设置为完美匹配层， 并在几 何中命名为PML1、 PML2； 3.4将中间高为H1的长方体在几何中命名为细观沥 青混凝土， 剩余两个高为H2的长方体 在几何中命名为空气1、 空气2；权　利　要　求　书 1/4 页 2 CN 114925583 B 23.5调用COMSOL  Multiphysics和MATLAB联合仿真接口， 通过代码导入步骤2生成的txt 文档， 并通过代码对形心坐标进行转换； 3.6在细观沥青混凝土长方体内根据转换后的坐标， 选择形心坐标位于粗骨料clump中 的小球， 利用小球导出 的坐标信息依 次构建边长为小球直径的立方体， 将该部分几何即所 有形心坐标位于粗骨料clump中的小球构建的边长为小球直径的立方体形成的几何命名为 粗骨料； 3.7在细观沥青混凝土长方体内根据 转换后的坐标， 选择分组类别为kon gxi的小球， 利 用小球导出的坐标信息依次构建边长为小球直径的立方体， 将该部 分几何即所有分组类别 为kongxi的小球构建的边长为小球直径的立方体形成的几何命名为空隙； 3.8在细观沥青混凝土长方体内根据转换后的坐标， 选择分组类别为shui的小球， 利用 小球导出的坐标信息依次构建边长为小球直径的立方体， 将该部分几何即所有分组类别为 shui的小球构建的边长为小球直径的立方体形成的几何命名为水； 3.9将几何PML1、 PML2、 空气1、 空气2、 细观沥青混凝土、 粗骨料、 水和空隙形成联合体， 进行布尔运 算； 步骤4： 对电磁波频域模型中的不同材料分别设置材料属性， 并将材料属性分别赋予对 应的三维几何； 电磁波频域模型中的不同材 料包括基质、 粗骨料、 空气和水； 步骤5： 对电磁波频域模型设置电磁波 端口及边界条件； 步骤6： 对电磁波频域模型进行网格划分； 步骤7： 在有限元软件中设置对电磁波频域模型的研究的求解器起始频率、 停止频率和 步长； 步骤8： 在有限元软件中对电磁波频域模型的研究进行计算， 得到S参数随频率变化的 曲线图， 输出S参数的复数 形式； 步骤9： 利用MATLAB编程代码， 根据步骤8得到的S参数反算沥青混凝 土的复介电常数。 2.根据权利要求1所述的沥青混凝土复介电常数确定方法， 其特征在于， 所述步骤4具 体包括： 4.1设置不同的材料属性， 材料属性命名分别为空气材料、 粗骨料材料、 基质材料和水 材料； 4.2将空气材料的复介电常数实部设置为εkqr， 虚部设置为εkqi， 电导率为σkq， 将空气材 料属性赋予PML1、 PML2、 空气1、 空气2、 空隙对应的几何； 4.3将粗骨料材料的复介电常数实部设置为εgr， 虚部设置为εgi， 电导率为σg， 将粗骨料 材料属性赋予粗骨料对应的几何； 当有多种属 性不同的粗骨料材料时， 对不同的粗骨料材 料分别进行设置并赋予对应的几何属性； 4.4将水材料的复介电常数实部设置为εsr， 虚部设置为εsi， 电导率为σs， 将水材料属性 赋予水对应的几何； 4.5将基质材料的复介电常数实部设置为εjr， 虚部设置为εji， 电导率为σj， 将基质材料 属性赋予细观沥青混凝 土对应的几何。 3.根据权利要求1所述的沥青混凝土复介电常数确定方法， 其特征在于， 所述步骤5具 体包括： 5.1在物理场中添加两个端口， 分别命名为输入端口、 输出端口；权　利　要　求　书 2/4 页 3 CN 114925583 B 3