波浪冲击作用下近岸混凝土结构物涂层剥蚀机理
项目介绍
AI项目解读
基本信息
- 批准号:51809022
- 项目类别:青年科学基金项目
- 资助金额:25.0万
- 负责人:
- 依托单位:
- 学科分类:E1101.海岸工程与海洋工程
- 结题年份:2021
- 批准年份:2018
- 项目状态:已结题
- 起止时间:2019-01-01 至2021-12-31
- 项目参与者:廖谦; 邓斌; 肖政; 张鹏; 徐斌;
- 关键词:
项目摘要
Coating debonding is one of the major causes of marine structures' destruction. Wave impact has aggravatedthe erosion of structure coating in splash zones, which resulted in early failure of structures. As a result, it would lead to huge economic losses,and may even cause sudden disasters. This project, therefore, attempted to study the mechanism of coating erosion in the splash zone under wave through combining the marine hydrodynamics and coating interfacail debonding. Based on the experiments of wave flume, the temporal and spatial distribution of wave impact force in the splash zone were studied. Further, the characteristics of the impact load spectrum was quantitatively analyzed. With the combination of macro-mechanics and meso-damage mechanics, the mechanism of coating erosion in the splash zone was investigated. Finally,the relationship between wave impact loadings and the evolution process of coating damage was discussed.Based on above studies, the ABAQUSwas further developed, and it was parallelized to study the stress-strain response regularity for structure meso-damage under the effects of wave impact load. It finally reveals the evolution process and erosion mechanism of coating damage in the splash zone.This study will benot only of important theoretical significance but also of application value to prolong the service life of themarine structures. The results may provide a guidance for further studying the durability of marine structure coating.
涂层剥蚀是导致海洋结构物破坏的主要原因之一。尤其是浪溅区波浪的反复冲击加速了涂层剥蚀,致使结构物提前失效,造成了巨大的经济损失,甚至可能引发突发性灾难。将波浪冲击力与结构物涂层界面损伤演化相结合,开展波浪作用下混凝土结构物涂层剥蚀机理研究。对延长海洋结构物使用寿命具有重要的理论意义和应用价值。基于波浪水槽实验,研究波浪冲击墙式结构物过程中冲击力时空分布规律,定量分析冲击力荷载谱。并作为宏观力学试验外荷载,开展结构物/涂层宏观力学和细观损伤实验,分析涂层界面的动态应力响应过程,构建涂层界面的损伤本构模型,揭示损伤演化动态响应过程。采用全耦合方法,进行ABAQUS二次开发,建立交变荷载作用下的结构物/涂层复合结构损伤数值模型,分析涂层界面在波浪交变荷载作用下界面损伤度及应力状态的演化规律,揭示波浪作用下墩柱结构物涂层损伤演化过程及其剥蚀机制。为海洋结构物涂层设计和施工标准制定提供理论依据。
结项摘要
浪溅区波浪的周期性冲击加速了结构物涂层剥蚀,导致结构物提前失效,造成了巨大的经济损失,甚至可能引发突发性灾难。因此,波浪冲击力作用下结构物涂层界面损伤演化及剥蚀机理研究是延长海工结构物生命周期的关键之一。基于N-S方程和RNG k-ε紊流模型,建立了三维数值水槽,研究了浪溅区墩柱结构物波浪冲击力时空分布规律,建立了基于波高、周期和水深的波浪冲击力荷载谱,并作为结构涂层冲击荷载分析其响应特性;基于损伤力学和内聚力模型基本理论,采用接触属性模拟混凝土涂层粘结作用,建立了气泡初始损伤涂层界面内聚力模型,揭示了脱粘扩展后期涂层界面动力响应规律,并建立了涂层界面损伤本构模型;采用内聚力单元模拟混凝土涂层粘结作用,开发了用户自定义疲劳损伤内聚力单元材料属性,探讨了界面初始损伤局部细观应力应变场及其演化过程,揭示了波浪作用下浪溅区涂层剥蚀机制。研究结果表明,波浪对结构的冲击力主要分布在迎浪面,具体表现为x方向的水平总力,水平总力不受水深和周期影响,与波高呈正比关系,随波高增减而增减;在迎浪面上,静水面处点压力最大,各高程点压力随与静水面距离增加而减小,且距离静水面距离相同位置处,水下点压力大于水上点压力;涂层气泡初始损伤演化分为疲劳损伤累积、脱粘扩展前期和脱粘扩展后期三个阶段;疲劳损伤累积阶段,混凝土涂层界面应力应变主要集中于气泡初始损伤底部内聚力单元,使得该部位疲劳损伤累积较快,由损伤力学和内聚力模型基本理论可知,当损伤变量达到1时,内聚力单元失效删除,涂层界面出现脱粘损伤;脱粘扩展前期阶段,脱粘区域以气泡底部形状为雏形往外扩展,最终形成圆形脱粘区域,该阶段应力应变仍集中于涂层区域边缘部位,脱粘速率相对较快;脱粘扩展后期,应力应变集中于脱粘区域中心,在波浪长期作用下出现裂缝,使得涂层丧失保护作用。项目研究结果可为海洋结构物涂层设计和施工标准制定提供理论依据。
项目成果
期刊论文数量(7)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
墩柱结构波浪冲击压力分布特征及应力谱分析
- DOI:10.16076/j.cnki.cjhd.2021.02.002
- 发表时间:2021
- 期刊:水动力学研究与进展A辑
- 影响因子:--
- 作者:常留红;徐斌;孙文硕;覃甁山;汤薇
- 通讯作者:汤薇
Mechanism study on the impacts of hydraulic alteration on fish habitat induced by spur dikes in a tidal reach
潮汐河段丁坝水力变化对鱼类生境影响的机理研究
- DOI:10.1016/j.ecoleng.2019.05.003
- 发表时间:2019-09
- 期刊:Ecological Engineering
- 影响因子:3.8
- 作者:Deng Ya;Cao Min xiong;Ma Ai xing;Hu Ying;Chang Liu hong
- 通讯作者:Chang Liu hong
波浪作用下墩柱结构物涂层界面气泡演化规律
- DOI:--
- 发表时间:2021
- 期刊:河海大学学报(自然科学版)
- 影响因子:--
- 作者:常留红;徐斌;孙文硕;覃甁山;汤薇
- 通讯作者:汤薇
水沙条件对大湖口河段冲淤特性的影响
- DOI:--
- 发表时间:2022
- 期刊:水利水电科技进展
- 影响因子:--
- 作者:常留红;覃瓶山;郑景琦;刘晓群;孙文硕;汤薇
- 通讯作者:汤薇
四棱台透水框架水动力特性试验研究
- DOI:--
- 发表时间:2019
- 期刊:河海大学学报(自然科学版)
- 影响因子:--
- 作者:常留红;杨思宇;徐斌;张鹏;高伟
- 通讯作者:高伟
共 7 条
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其他文献
CFD-DEM耦合模拟网式过滤器局部堵塞
- DOI:--
- 发表时间:2018
- 期刊:农业工程学报
- 影响因子:--
- 作者:喻黎明;徐洲;杨具瑞;李娜;刘凯硕;常留红
- 通讯作者:常留红
基于CFD DEM 耦合的迷宫流道水沙运动数值模拟
- DOI:--
- 发表时间:2016
- 期刊:农业机械学报
- 影响因子:--
- 作者:喻黎明;谭 弘;邹小艳;常留红;陈立志;范文波
- 通讯作者:范文波
斜向波浪作用下海底管线周围水动力特性数值研究
- DOI:10.16076/j.cnki.cjhd.2016.03.007
- 发表时间:2016
- 期刊:水动力学研究与进展(A辑)
- 影响因子:--
- 作者:常留红;蒋昌波;程永舟;刘晓建
- 通讯作者:刘晓建
斜向水流作用下海底管线周围水动力特性数值研究
- DOI:10.16441/j.cnki.hdxb.20150366
- 发表时间:2016
- 期刊:中国海洋大学学报(自然科学版)
- 影响因子:--
- 作者:常留红;蒋昌波;程永舟
- 通讯作者:程永舟
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