[00122208]化学-力学耦合作用下钢筋锈蚀损伤的多重分形表征与数值模拟

宁波地处我国东部沿海,钢筋锈蚀引起的砼结构耐久性问题尤为突出。要准确掌握钢筋锈蚀引起的结构性能变化规律,就必须正确认识钢筋的锈蚀特性及其锈蚀损伤演化规律。目前研究多只考虑单一化学因素的锈蚀作用,对应力状态下钢筋的锈蚀特性缺乏足够的认识;对损伤区的分形特征用简单分形维数表征,无法反映不同区域形成的各种复杂分形结构全面精细的信息;对锈蚀钢筋的性能多关注于宏观力学性能的退化,而对微细观损伤结构的演化过程与宏观本构关系之间内在联系及其相关数值模拟研究开展较少。 本课题从理论分析、试验测试和数值模拟三个方面着手,具体如下： （1）不同因素作用下钢筋的锈蚀特征及多重分形表征 在正确模拟混凝土中钢筋实际工况的前提下,将钢筋的锈蚀作为一个具有时变性、非线性、随机性和自相似性的复杂系统,从微观尺度上观测不同因素作用下钢筋-混凝土界面锈蚀产物微结构的演化与分布;从细观尺度上观测锈蚀钢筋表面的锈蚀形貌特征,结合材料腐蚀的特点,对锈蚀钢筋蚀坑的几何参数进行测试,揭示蚀坑演变规律,研究钢筋锈蚀形貌图像多重分形特征值与试样腐蚀形态和数据间的关系;以期建立不同腐蚀条件下钢筋不均匀锈蚀的定量表征指标。 （2）钢筋锈蚀损伤变量的提取及其演化规律 基于钢筋表面锈蚀形貌与粗糙度的分形特征,结合损伤力学与多重分形理论,提出一种兼顾钢筋不均匀锈蚀损伤细观特征描述和宏观损伤力学分析需要的分形损伤变量,并将该损伤变量与既有建筑无损检测参数进行关联,建立钢筋锈蚀损伤的演化方程与内蕴锈蚀损伤变量的本构模型。 （3）钢筋在化学-力学耦合作用下锈蚀损伤失效的全过程分析及数值模拟 基于分形模拟技术与有限元分析,对钢筋在化学-力学耦合作用下的损伤演化全过程进行数值模拟,研究数值分析方法模拟钢筋损伤失效全过程的系统性、深入性与普适性。