文章目录

摘要

ABSTRACT

第1章 绪论

1.1 课题研究的背景与意义

1.2 国内外研究现状

    1.2.1 经典扩散的研究现状

    1.2.2 应力辅助扩散的研究现状

    1.2.3 多物理耦合方程的数值求解技术现状

1.3 主要研究内容

1.4 技术路线

第2章 COMSOL中力场和扩散场耦合方程的建立

2.1 引言

2.2 自定义固体力学场的建立

    2.2.1 二维固体力学场的建立

    2.2.2 二维固体力学场的验证

    2.2.3 三维固体力学场的建立

2.3 扩散场和力场的耦合

2.4 本章小结

第3章 应力辅助扩散在渗透和碳化中的应用

3.1 引言

3.2 涂料在砖黏土材料中的渗透应用

    3.2.1 渗透实验介绍

    3.2.2 基于应力辅助扩散方程的模拟研究

3.3 混凝土碳化的应用研究

    3.3.1 应力碳化实验简介

    3.3.2 应力辅助扩散的碳化模拟

3.4 本章小结

第4章 混凝土中钢筋应力腐蚀耦合分析

4.1 引言

4.2 混凝土中钢筋腐蚀的应用研究

    4.2.1 腐蚀效应下的固体力学方程

    4.2.2 扩散-力学耦合方程的算例

    4.2.3 钢筋应力腐蚀模型建立

    4.2.4 静水压力分析

    4.2.5 主应力分析

4.3 全耦合与单耦合结果研究

    4.3.1 扩散场分析

    4.3.2 力场分析

4.4 本章小结

结论

参考文献

附录

致谢

文章摘要:随着科学技术的日益发展,越来越多的工程问题已不是单一物理场就可解决的,往往涉及多个物理场耦合的研究,因此多物理场耦合分析与计算就的凸显出的尤为重要。扩散作为生活和工程中常见的一种物理过程,在研究中发现,外界机械力会影响扩散速率,此现象被称为应力辅助扩散,可见应力辅助扩散是扩散场和力场的耦合现象。本文旨在探究一类应力辅助扩散问题的计算方法,并用该方法定量分析工程实际中的扩散问题。本文认为在物质的扩散过程中:一方面,扩散速率会受外荷载的影响;另一方面,扩散基体不是均质材料,其本构方程与扩散过程有着某种联系。针对荷载对扩散的影响,本文在Comsol中采用Aifantis应力辅助扩散方程建模,用涂料在黏土材料中渗透实验进行验证,对模拟值与原实验值和方程理论值对比,验证了该方程的适用性。针对扩散对本构方程的影响,本文以混凝土的碳化和混凝土中钢筋的腐蚀为研究对象进行建模分析。在碳化过程中,通过建立混凝土的杨氏模量与碳化过程的函数关系,实现力场和扩散场的全耦合。采用建立的混凝土碳化耦合模型与实验数据进行对比,得到很好的一致性。关于钢筋的腐蚀,本文在本构方程中除考虑钢筋腐蚀过程中杨氏模量的变化,还考虑了钢筋膨胀产生的腐蚀应变对本构方程的影响。通过在Comsol中建立钢筋腐蚀情况下新的本构方程,模拟了六种氯离子浓度下钢筋的腐蚀速率,并与相应的实验回归方程作对比,得到理的结果。此外,本文还对钢筋腐蚀情况下的全耦合和单耦合两类模型进行对比分析,发现单耦合模型下,扩散速率更快,最外层的径向主应力也更大,在实际工程中单耦合模型会比全耦合模型对外围混凝土破坏更大。

文章关键词:

论文DOI:10.27061/d.cnki.ghgdu.2019.002545

论文分类号:TU375