钢筋混凝土结构腐蚀破坏细观近场动力学模拟方法及装置

本发明涉及混凝土材料数值模拟，尤其是钢筋混凝土结构腐蚀破坏细观近场动力学模拟方法及装置。

背景技术：

1、随着城市化进程的不断发展，在涉水区域进行工程建设的项目也日益增多，而钢筋混凝土被广泛应用于工程建设项目中，由于受氯离子侵蚀等环境作用的影响，混凝土中的钢筋时常发生腐蚀情况。虽然在针对腐蚀破坏模拟分析中采用经验预测模型和理论分析模型，但是，通过实际工程现场调查发现，腐蚀破坏分析和预测效果欠佳。同时对于裂缝发展预测，目前预测模型和预测方法并不能很好的实时展现裂缝在钢筋混凝土结构中的扩展状态，并且通常采用的传统弥散裂缝或损伤模型等，均无法得到裂缝真实宽度，也就无法定量考虑裂缝宽度的扩展对于氯离子扩散的影响，不能有效评估钢筋混凝土真实的服役状态。

2、综合上述，相关技术中存在的技术问题亟需得到解决。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明实施例提供一种钢筋混凝土结构腐蚀破坏细观近场动力学模拟方法及装置，以实现对受腐蚀后的钢筋混凝土结构进行结构破坏分析和后续裂缝发展预测，实时获取裂缝的真实宽度，提高分析和预测结果的准确率。

2、一方面，本发明提供了一种钢筋混凝土结构腐蚀破坏细观近场动力学模拟方法，包括：

3、获取拟模拟钢筋混凝土结构的二维细观结构数字模型；

4、根据所述二维细观结构数字模型，获取所述钢筋混凝土结构的物质点数据；

5、根据物质点材料性质对所述物质点数据进行分类建模处理，生成近场动力学细观模型；

6、对所述钢筋混凝土结构进行非均匀腐蚀模拟处理，建立时间依赖性非均匀腐蚀模型；

7、将所述近场动力学细观模型和所述时间依赖性非均匀腐蚀模型输入显式键基近场动力学系统进行腐蚀破坏模拟分析处理，得到模拟结果。

8、可选地，在所述得到模拟结果之后，所述方法还包括：

9、根据不同位置的裂缝开度数据和不同时间下裂缝形态数据对所述模拟结果进行分析处理，得到裂缝形态图和裂缝开度时间图；

10、对所述裂缝形态图和所述裂缝开度时间图进行评估处理，得到钢筋混凝土结构寿命评估结果。

11、可选地，所述获取拟模拟钢筋混凝土结构的二维细观结构数字模型，包括：

12、通过计算机断层扫描仪对所述钢筋混凝土结构进行扫描处理，得到每层细观结构灰度图；

13、根据所述每层细观结构灰度图的灰度值差异，运用图像处理技术重现得到拟模拟钢筋混凝土结构的二维细观结构数字模型。

14、可选地，根据所述二维细观结构数字模型，获取所述钢筋混凝土结构的物质点数据，包括：

15、对所述二维细观结构数字模型进行近场动力学离散处理，得到近场动力学细观模型的物理尺寸和物质点数量；

16、根据所述物理尺寸和所述物质点数量确定物质点坐标，生成物质点数据。

17、可选地，所述根据物质点材料性质对所述物质点数据进行分类建模处理，生成近场动力学细观模型，包括：

18、根据所述钢筋混凝土结构的数字模型信息确定物质点材料性质；

19、根据所述物质点材料性质对所述物质点数据进行分类处理，得到物质点性质；

20、从所述物质点数据中获取物质点坐标数据；

21、根据所述物质点性质对所述物质点数据进行建模处理，生成与所述物质点坐标数据对应的近场动力学细观模型。

22、可选地，所述对所述钢筋混凝土结构进行非均匀腐蚀模拟处理，建立时间依赖性非均匀腐蚀模型，包括：

23、通过在不同角度下钢筋周围区域的不同腐蚀程度对所述钢筋混凝土结构进行非均匀腐蚀模拟处理，确定非均匀腐蚀模型；

24、根据腐蚀速率对所述钢筋混凝土结构的腐蚀程度进行时间依赖性腐蚀模拟处理，确定时间依赖性腐蚀模型；

25、将所述非均匀腐蚀模型和所述时间依赖性腐蚀模型进行结合，得到时间依赖性非均匀腐蚀模型。

26、可选地，所述将所述近场动力学细观模型和所述时间依赖性非均匀腐蚀模型输入显式键基近场动力学系统进行腐蚀破坏模拟分析处理，得到模拟结果，包括：

27、通过所述时间依赖性非均匀腐蚀模型对所述近场动力学细观模型进行破坏分析，得到分析结果；

28、通过所述显式键基近场动力学系统对所述时间依赖性非均匀腐蚀模型中的腐蚀速率进行不同的计算时间总步长控制，得到模拟结果；所述模拟结果包括不同腐蚀时间对应的钢筋混凝土结构裂缝形态图，所述裂缝形态图用于预测得到裂缝位置和裂缝宽度；

29、从所述腐蚀破坏模拟结果中确定需要测量裂缝宽度的位置，并将所述位置输入物质点坐标系统中进行设置，通过计算所述位置的附近区域内不同物质点之间的相对位移和相互作用力，得到所述位置对应的裂缝宽度模拟结果；

30、将所述位置对应的裂缝宽度模拟结果输入可视化软件中得到可视化数据；

31、从所述腐蚀破坏模拟结果中确定需要测量裂缝宽度的腐蚀时间，并输出对应时间步的裂缝宽度数据得到对应腐蚀时间的裂缝宽度模拟结果；

32、将所述对应腐蚀时间的裂缝宽度模拟结果输入表格工具中得到对应的腐蚀时间数据。

33、可选地，所述通过所述时间依赖性非均匀腐蚀模型对所述近场动力学细观模型进行破坏分析，得到分析结果，包括：

34、对所述近场动力学细观模型进行坐标配对处理，得到钢筋混凝土模拟结构；

35、初始化计算时间总步长以及计算时间步长间隔；

36、将所述时间依赖性非均匀腐蚀模型作为边界条件施加在所述钢筋混凝土模拟结构上，并根据所述计算时间总步长和所述计算时间步长间隔进行迭代计算，得到分析结果。

37、另一方面，本发明实施例还提供了一种钢筋混凝土结构腐蚀破坏细观近场动力学模拟装置，包括：

38、第一模块，用于获取拟模拟钢筋混凝土结构的二维细观结构数字模型；

39、第二模块，用于根据所述二维细观结构数字模型，获取所述钢筋混凝土结构的物质点数据；

40、第三模块，用于根据物质点材料性质对所述物质点数据进行分类建模处理，生成近场动力学细观模型；

41、第四模块，用于对所述钢筋混凝土结构进行非均匀腐蚀模拟处理，建立时间依赖性非均匀腐蚀模型；

42、第五模块，用于将所述近场动力学细观模型和所述时间依赖性非均匀腐蚀模型输入显式键基近场动力学系统进行腐蚀破坏模拟分析处理，得到模拟结果。

43、另一方面，本发明实施例还公开了一种电子设备，包括处理器以及存储器；

44、所述存储器用于存储程序；

45、所述处理器执行所述程序实现如前面所述的方法。

46、另一方面，本发明实施例还公开了一种计算机可读存储介质，所述存储介质存储有程序，所述程序被处理器执行实现如前面所述的方法。

47、另一方面，本发明实施例还公开了一种计算机程序产品或计算机程序，该计算机程序产品或计算机程序包括计算机指令，该计算机指令存储在计算机可读存储介质中。计算机设备的处理器可以从计算机可读存储介质读取该计算机指令，处理器执行该计算机指令，使得该计算机设备执行前面的方法。

48、本发明采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：本发明实施例通过获取钢筋混凝土结构的物质点数据，根据物质点材料性质对所述物质点数据进行分类建模处理，生成近场动力学细观模型，能够通过近场动力学细观模型实时模拟真实条件下钢筋混凝土结构；接着，对所述钢筋混凝土结构进行非均匀腐蚀模拟处理，建立时间依赖性非均匀腐蚀模型，能够较好地模拟现实情况下钢筋混凝土受氯离子侵蚀的破坏情况；然后，将所述近场动力学细观模型和所述时间依赖性非均匀腐蚀模型输入显式键基近场动力学系统进行腐蚀破坏模拟分析处理，得到模拟结果。本发明实施例能够快速、有效地模拟测试钢筋混凝土结构在氯离子侵蚀作用下的服役状态，进而能准确地对相应的时间工况下的裂缝形态进行模拟，实施得到裂缝真实宽度，可更好地掌握氯离子侵蚀服役条件下的钢筋混凝土结构服役性能，提高了分析和预测结果的准确率。