一种海洋管桩氯离子扩散分析方法及系统技术方案

本申请公开了一种海洋管桩氯离子扩散分析方法及系统，其中方法步骤包括：获取待检测海洋管桩的海洋管桩参数；基于海洋管桩参数，得到考虑时变表面氯离子浓度的氯离子扩散分析方程；基于氯离子扩散分析方程，完成待测海洋管桩内部的氯离子扩散分析。本申请提出的分析方法的表面氯离子浓度与时间相关，可模拟不同表面氯离子浓度方法情况下的海洋管桩氯离子传输情况。子传输情况。子传输情况。

【技术实现步骤摘要】
一种海洋管桩氯离子扩散分析方法及系统


[0001]本申请涉及海洋工程领域，具体涉及一种海洋管桩氯离子扩散分析方法及系统。

技术介绍

[0002]海洋管桩广泛应用于沿海重大工业和民用建设工程，包括跨海大桥工程、沿海公路工程、港口工程、海洋平台结构等。随着世界沿海地区的不断开发，海洋管桩的需求量有望增加。然而，在海洋环境中施工海洋管桩会导致腐蚀，特别是由于氯化物的存在。这种腐蚀会导致混凝土开裂、钢材生锈和其他问题，这些问题会严重影响海洋管桩的正常运行。因此，有必要对管桩在海洋环境中的耐久性能进行预测，以确保管桩在使用过程中的安全性。
[0003]海洋环境中的氯离子是导致海洋管桩耐久性破坏的主要原因，因此科学家及工程师常以氯离子在管桩中的扩散进程预测管桩在海洋环境中的耐久性寿命以评估海洋管桩的耐久性能。目前关于氯离子在海洋管桩中的扩散问题的研究还十分缺乏。根据调研表明，现有的海洋管桩氯离子扩散分析方法常假设管桩表面氯离子浓度为常数。然而，根据现场实测数据或试验数据均表明管桩表面氯离子浓度随时间不断变化。更是有学者指出，忽略表面氯离子浓度随时间变化可能导致海洋管桩氯离子扩散分析方法得出的海洋管桩耐久性寿命存在较大的误差。因此，提出一个考虑时变表面氯离子浓度的海洋管桩氯离子扩散分析方法具有显著的现实意义。

技术实现思路

[0004]为解决上述背景中的技术问题，本申请通过分析海洋管桩耐久性破坏的主要原因，提供一种可预测和评估海洋管桩耐久性能的方法，以确保海洋管桩在使用过程中的安全性。
[0005]为实现上述目的，本申请提供了一种海洋管桩氯离子扩散分析方法，步骤包括：
[0006]获取待检测海洋管桩的海洋管桩参数；
[0007]基于所述海洋管桩参数，得到考虑时变表面氯离子浓度的氯离子扩散分析方程；
[0008]基于所述氯离子扩散分析方程，完成待测海洋管桩内部的氯离子扩散分析。
[0009]优选的，所述海洋管桩参数包括：管桩表面离子浓度、管桩尺寸和扩散系数。
[0010]优选的，得到所述氯离子扩散分析方程的方法包括：
[0011]海洋环境中的氯离子从海洋管桩外边界输入海洋管桩内部的传输过程包括：
[0012][0013]式中，c(t，r)表示海洋管桩在t时间时，r距离处的氯离子浓度；D表示海洋管桩氯离子扩散系数，r表示混凝土径向距离，t表示时间；
[0014]海洋管桩在投入海洋环境之前，其内部情况包括：
[0015]c(0,r)＝0
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(2)
[0016]海洋管桩在投入海洋环境后，其外表面氯离子浓度的的变化包括：
[0017]c(t,r
e
)＝c
s
f(t)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(3)
[0018]式中，c(t，r
e
)表示海洋管桩外表面氯离子浓度；c
s
表示海水氯离子浓度；f(t)表示与时间相关的影响因子；r
e
表示海洋管桩外半径；
[0019]海洋管桩在投入海洋环境后，其内表面氯离子浓度的的变化包括：
[0020]c(t,r0)＝0
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(4)
[0021]式中，c(t，r0)表示海洋管桩内表面氯离子浓度为0；
[0022]结合式(1)～(4)，得到所述氯离子扩散分析方程。
[0023]优选的，结合式(1)～(4)的方法包括：
[0024]定义一个新函数c
*
(t,r)：
[0025]c
*
(t,r)＝c(t,r)
‑
b(t)(r
‑
r0)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(5)
[0026]式中，r0和r
e
分别表示海洋管桩的内半径和外半径；
[0027]将式(5)带入式(1)～(3)，得到
[0028][0029]c
*
(0,r)＝
‑
b(0)(r
‑
r0)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(7)
[0030]c
*
(t,r0)＝0
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(8)
[0031]c
*
(t,r
e
)＝0
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(9)
[0032]应用有限Weber变换对式(6)～(9)进行处理；将处理后的控制方程和边界条件相互结合，得到：
[0033][0034]初始条件利用有限Weber变换处理后得到：
[0035][0036]式中，
[0037][0038][0039][0040]R0(β
m
,r)＝Y0(β
m
r
e
)J0(β
m
r)
‑
J0(β
m
r
e
)Y0(β
m
r)；
[0041]β
m
通过J0(β
m
r0)Y0(β
m
r
e
)＝J0(β
m
r
e
)Y0(β
m
r0)获得；
[0042]J0，Y0分别表示第一类和第二类0阶Bessel函数；m表示特征值β的序列号；
[0043]式(10)的解答为：
[0044][0045]其中C
m
表示待定参数，通过所述初始条件确定：
[0046][0047]对式(12)进行有限Weber逆变换：
[0048][0049]其中，
[0050]最后，将式(14)带回式(5)，得到：
[0051][0052]本申请还提供了一种海洋管桩氯离子扩散分析系统，包括：检测模块、构建模块、分析模块；
[0053]所述检测模块用于获取待检测海洋管桩的海洋管桩参数；
[0054]所述构建模块用于基于所述海洋管桩参数，得到考虑时变表面氯离子浓度的氯离子扩散分析方程；
[0055]所述分析模块用于基于所述氯离子扩散分析方程，完成待测海洋管桩内部的氯离子扩散分析。
[0056]优选的，所述海洋管桩参数包括：管桩表面离子浓度、管桩尺寸和扩散系数。
[0057]优选的，所述构建模块的工作流程包括：
[0058]海洋环境中的氯离子从海洋管桩外边界输入海洋管桩内部的传输过程包括：
[0059][0060]式中，c(t，r)表示海洋管桩在t时间时，r距离处的氯离子浓度；D表示海洋管桩氯离子扩散系数，r表示混本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种海洋管桩氯离子扩散分析方法，其特征在于，步骤包括：获取待检测海洋管桩的海洋管桩参数；基于所述海洋管桩参数，得到考虑时变表面氯离子浓度的氯离子扩散分析方程；基于所述氯离子扩散分析方程，完成待测海洋管桩内部的氯离子扩散分析。2.根据权利要求1所述的海洋管桩氯离子扩散分析方法，其特征在于，所述海洋管桩参数包括：管桩表面离子浓度、管桩尺寸和扩散系数。3.根据权利要求1所述的海洋管桩氯离子扩散分析方法，其特征在于，得到所述氯离子扩散分析方程的方法包括：海洋环境中的氯离子从海洋管桩外边界输入海洋管桩内部的传输过程包括：式中，c(t，r)表示海洋管桩在t时间时，r距离处的氯离子浓度；D表示海洋管桩氯离子扩散系数，r表示混凝土径向距离，t表示时间；海洋管桩在投入海洋环境之前，其内部情况包括：c(0,r)＝0
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(2)海洋管桩在投入海洋环境后，其外表面氯离子浓度的的变化包括：c(t,r
e
)＝c
s
f(t)
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(3)式中，c(t，r
e
)表示海洋管桩外表面氯离子浓度；c
s
表示海水氯离子浓度；f(t)表示与时间相关的影响因子；r
e
表示海洋管桩外半径；海洋管桩在投入海洋环境后，其内表面氯离子浓度的的变化包括：c(t,r0)＝0
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(4)式中，c(t，r0)表示海洋管桩内表面氯离子浓度为0；结合式(1)～(4)，得到所述氯离子扩散分析方程。4.根据权利要求3所述的海洋管桩氯离子扩散分析方法，其特征在于，结合式(1)～(4)的方法包括：定义一个新函数c
*
(t,r)：c
*
(t,r)＝c(t,r)
‑
b(t)(r
‑
r0)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(5)式中，r0和r
e
分别表示海洋管桩的内半径和外半径；将式(5)带入式(1)～(3)，得到c
*
(0,r)＝
‑
b(0)(r
‑
r0)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(7)c
*
(t,r0)＝0
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(8)c
*
(t,r
e
)＝0
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(9)应用有限Weber变换对式(6)～(9)进行处理；将处理后的控制方程和边界条件相互结合，得到：
初始条件利用有限Weber变换处理后得到：式中，式中，式中，R0(β
m
,r)＝Y0(β
m
r
e
)J0(β
m
r)
‑
J0(β
m
r
e
)Y0(β
m
r)；β
m
通过J0(β
m
r0)Y0(β
m
r
e
)＝J0(β
m
r
e
)Y0(β
m
r0)获得；J0，Y0分别表示第一类和第二类0阶Bessel函数；m表示特征值β的序列号；式(10)的解答为：其中C
m
表示待定参数，通过所述初始条件确定：对式(12)进行有限Weber逆变换：其中，最后，将式(14)带回式(5)，得到：5.一种海洋管桩氯离子扩散分析系统，其特征在于，包括：检测模块、构建模块、分析模块...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈德强，骆俊晖，莫鹏，畅振超，曾富权，
申请(专利权)人：广西北投交通养护科技集团有限公司，
类型：发明
国别省市：