模拟温湿度耦合下混凝土氯离子浓度场数值方法技术

本发明专利技术提供了一种预测不同温湿度条件下混凝土内部氯离子浓度分布的方法，其包括：第一步，设计二维混凝土随机骨料模型；第二步，对不同环境下的氯离子传输过程进行设计。该方法可以轻松地计算不同温湿度条件下混凝土内部的氯离子分布情况，不需要耗费大量的时间和精力，只需要设置好不同的参数就可以得到相应的计算结果。

Numerical method for the concentration field of chloride ion in concrete under simulated temperature and humidity coupling

The invention provides a method for predicting the distribution of chloride ion concentration in concrete under different temperature and humidity conditions. It includes: first, the two-dimensional concrete random aggregate model is designed; the second step is to design the chloride ion transmission process under different environments. The method can easily calculate the distribution of chloride ions in concrete under different temperature and humidity conditions, without wasting much time and energy, and only by setting different parameters can we get the corresponding calculation results.

【技术实现步骤摘要】
模拟温湿度耦合下混凝土氯离子浓度场数值方法
本专利技术属于化学检测
，具体涉及一种模拟温湿度耦合下混凝土氯离子浓度场数值方法。
技术介绍
海洋环境中，氯离子的侵蚀是破坏钢筋混凝土保护层导致钢筋锈蚀的主要因素之一，因此研究氯离子的浓度分布对研究混凝土的耐久性，探索混凝土的全寿命过程是非常有必要的。迄今为止，对于混凝土内部氯离子传输过程的研究大多数是建立在Fick第二定律的基础上综合考虑各种因素的影响来进行描述的。很多学者已经通过试验方法研究了混凝土内部氯离子的浓度分布情况，但大多数室外腐蚀试验耗时又耗力。也有学者用不同的软件来模拟各种不同条件下氯离子的浓度分布，但是均未形成一个系统。陈德鹏用COMSOL软件对混凝土的热湿变形做了研究，但并未对温湿度条件下的氯离子浓度做相关研究；刘清风用COMSOL软件对混凝土包括界面区的氯离子浓度做了研究，但并未形成一个整体的系统。本专利技术在COMSOL软件和MATLAB软件的基础对不同温湿度条件下混凝土内部的氯离子浓度场做了比较具体的研究，并形成一个体系，可以让使用者不需要再做模型和复杂的计算，只需要输入相关参数就可以得出计算结果，简单方便。
技术实现思路
为克服上述技术问题，本专利技术提供一种数值模拟的方法来预测海洋环境中不同温湿度条件下混凝土内部的氯离子浓度分布，利用MATLAB与COMSOL软件联合开发形成一个完整的仿真方法。基于此，本专利技术提供一种模拟温湿度耦合下混凝土氯离子浓度场数值的方法，其包括：第一步，设计二维混凝土随机骨料模型；第二步，对不同环境下的氯离子传输过程进行设计。其中，所述第一步采用MATLAB软件设计骨料模型。其中，所述第二步采用COMSOL对不同环境下的氯离子传输过程进行设计。其中，所述第一步中设计骨料模型需要的信息包括骨料粒径大小及分布，通过改变骨料粒径大小及分布位置达到骨料的随机性。其中，所述第二步中计算配置参数有氯离子的扩散系数，导热系数，泊松比，热膨胀系数，密度，恒压恒容，杨氏模量，对流速度。其中，所述第二步进一步具体包括：所述第二步中进一步具体包括：第a步，参数设置；第b步，在设置边界条件和初始条件；第c步，对混凝土模型进行有限元网格划分。本专利技术还提供一种用于模拟温湿度耦合下混凝土氯离子浓度场数值的装置/终端设备，其包括存储器、处理器以及存储在存储器中并可在所述处理器中运行的计算机程序，所述处理器执行的所述计算机程序执行上述模拟温湿度耦合下混凝土氯离子浓度场数值方法中的步骤。所述装置/终端设备可以是桌上型计算机、笔记本、掌上电脑及云端服务器等计算设备。本专利技术还提供一种用于模拟温湿度耦合下混凝土氯离子浓度场数值的计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述模拟温湿度耦合下混凝土氯离子浓度场数值方法中的步骤。有益的技术效果：通过软件可以轻松地计算不同温湿度条件下混凝土内部的氯离子分布情况，不需要耗费大量的时间和精力，只需要设置好不同的参数就可以得到相应的计算结果。附图说明图1模拟温湿度耦合下混凝土氯离子浓度场数值的方法总体流程图；图2模拟温湿度耦合下混凝土氯离子浓度场数值的方法详细流程图。具体实施方式本模拟方法是基于混凝土内氯离子扩散定律理论为基础，采用MATLAB与COMSOL软件联合仿真开发，主要用于不同环境下混凝土内部氯离子传输过程的研究与计算，通过该模拟方法模拟在温湿度耦合条件下不同环境对混凝土氯离子扩散系数的影响，计算不同时间不同深度的氯离子浓度场数值。本专利技术提供一种模拟温湿度耦合下混凝土氯离子浓度场数值的方法，其包括：第一步，设计二维混凝土随机骨料模型；第二步，对不同环境下的氯离子传输过程进行设计。所述第一步采用MATLAB软件设计骨料模型，所述第二步采用COMSOL对不同环境下的氯离子传输过程进行设计，以用来计算氯离子的浓度分布情况。进行这种模拟方法的混凝土氯离子浓度场数值模拟方法，其主要功能有：利用不同环境对氯离子扩散系数的影响，计算不同时间不同深度的氯离子浓度；输出各个时刻的氯离子分布云图以及计算结果；对计算数据进行后处理，得到所需的线图或点图。所述第一步中设计骨料模型需要的信息包括骨料粒径大小及分布，通过改变骨料粒径大小及分布位置达到骨料的随机性。所述随机骨料模型的设计过程为：首先根据圆的半径和圆心位置随机生成一个候选圆，然后判断新生的圆与已经生成的圆是否有碰撞或嵌套，若新生的圆与已经生成的圆既不碰撞也不嵌套则符合要求，以此循环下去按照骨料所占混凝土面积的比例即可得到随机骨料模型。所述骨料模型可以分为净浆、砂子、界面区和石子四个部分，从而更好的符合实际情况，避免混凝土材料对氯离子传输的影响。所述第二步中计算配置参数有氯离子的扩散系数，导热系数，泊松比，热膨胀系数，密度，恒压恒容，杨氏模量，对流速度。所述第二步中进一步具体包括：第a步，参数设置，将第一步设计的模型导入COMSOL软件进行温湿度耦合条件下混凝土内部氯离子场的设计，先定义好28天氯离子扩散系数、不同的温度和湿度等参数，再对温湿度影响下的混凝土中不同区域的氯离子扩散系数等变量进行定义，然后添加混凝土材料，并设置混凝土的材料属性，比如导热系数，泊松比，热膨胀系数，密度，恒压恒容，杨氏模量。再选择COMSOL软件中化学物质传递模块的稀物质传递模块作为物理场，根据混凝土材料的不同，分别对净浆、砂子、界面区和骨料进行传递属性即扩散系数的设置；第b步，在设置边界条件和初始条件，初始条件均为0，边界条件由公式Cs，cl＝As，cl·(w/b)·γc，cl计算得到，其中海洋潮汐区和浪溅区普通混凝土的As，cl取值为7.76，C50混凝土w/b按照0.35取值，胶凝材料总量为470kg/m3，混凝土密度为2500kg/m3，γc，cl取值为1.4，则表面氯离子浓度Cs，cl＝＝3.8％(胶凝材料)＝3.8％*470/2500＝0.714％(混凝土)。第c步，对混凝土模型进行有限元网格划分，本专利技术分别对净浆、界面区和骨料进行了不同方式和尺寸的网格划分，本专利技术对净浆采用常规尺寸的三角形网格划分方式；对界面区采用的是均匀尺寸的边界层网格划分方式；对骨料采用的是较细尺寸的四边形网格划分方式。然后设置好步长，步长可以自由选择，本专利技术选用的步长为时间间隔为1天，总步长150天，最后点击计算按钮。网格划分的精细度不同，设置的参数不同，混凝土内氯离子传输过程设计的计算也不同，计算时间与网格粗细程度和计算参数选取的大小有关，网格划分越细，计算时间相对较长。本专利技术还提供一种用于模拟温湿度耦合下混凝土氯离子浓度场数值的装置/终端设备，其包括存储器、处理器以及存储在存储器中并可在所述处理器中运行的计算机程序，所述处理器执行的所述计算机程序执行上述模拟温湿度耦合下混凝土氯离子浓度场数值方法中的步骤。所述装置/终端设备可以是桌上型计算机、笔记本、掌上电脑及云端服务器等计算设备。本专利技术还提供一种用于模拟温湿度耦合下混凝土氯离子浓度场数值的计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述模拟温湿度耦合下混凝土氯离子浓度场数值方法中的步骤。本模拟方法在运行过程中出现错误会自动终止运行，主界面会显示出错本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种模拟温湿度耦合下混凝土氯离子浓度场数值的方法，其特征在于，包括：第一步，设计二维混凝土随机骨料模型；第二步，对不同环境下的氯离子传输过程进行设计。

【技术特征摘要】
1.一种模拟温湿度耦合下混凝土氯离子浓度场数值的方法，其特征在于，包括：第一步，设计二维混凝土随机骨料模型；第二步，对不同环境下的氯离子传输过程进行设计。2.如权利要求1所述模拟温湿度耦合下混凝土氯离子浓度场数值的方法，其特征在于：所述第一步采用MATLAB软件设计骨料模型。3.如权利要求1或2所述模拟温湿度耦合下混凝土氯离子浓度场数值的方法，其特征在于：所述第二步采用COMSOL对不同环境下的氯离子传输过程进行设计。4.如权利要求1至3所述模拟温湿度耦合下混凝土氯离子浓度场数值的方法，其特征在于：所述第一步中设计骨料模型需要的信息包括骨料粒径大小及分布，通过改变骨料粒径大小及分布位置达到骨料的随机性。5.如权利要求1至4所述模拟温湿度耦合下混凝土氯离子浓度场数值的方法，其特征在于：所述第二步中计算配置参数有氯离子的扩散系数，导热系数，泊松比，热膨胀系数，密度，恒压恒容，杨氏模量，对流速度。6.如权利要求1至5所述模...

【专利技术属性】
技术研发人员：金祖权，赵蕊，王鹏刚，杜丰音，曹杰荣，
申请(专利权)人：青岛理工大学，
类型：发明
国别省市：山东,37