钢混结构腐蚀电化学特征的分数微分识别算法制造技术

本发明专利技术提供一种钢混结构腐蚀电化学特征的分数微分识别算法，首先，建立钢混结构钢筋腐蚀过程的通用电化学等效电路，进而得到该等效电路的传递函数；其次，根据分数微分算子，对传递函数进行分数微分运算；第三，在给定待识别参数的初值后，结合电流响应的试验值进行迭代运算，当计算结果与试验结果的误差小于控制误差后，即可得到待识别参数值，从而实现钢混结构钢筋腐蚀电化学特征的识别。本专利的算法，能够在时域内实现钢混体系腐蚀的整体、快速、精确识别，这一算法能够非常方便地嵌入到腐蚀监测与控制用硬件系统中，本算法应用于石油、化工、核工业等基础结构的健康状态监测与评估。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及的是一种。
技术介绍
钢混结构是现今及以后长时间内仍将采用的主要结构型式之一，钢筋腐蚀是引起钢混结构耐久性降低的最主要原因。2009年世界腐蚀组织(WCO)的统计数据表明，全球由于腐蚀造成的经济损失超过2.2万亿美元/年。近期，我国再次投入了数以万亿计的资金发展基础设施建设，占据相当比例的重大钢混结构耐久性问题，势必成为影响国民经济发展和社会和谐稳定的战略性课题。钢筋腐蚀的危害之大远远超出预期，随着全球气候与环境的进一步恶化，这一问题势必呈现出日益加剧的严重态势，重大钢混结构钢筋腐蚀问题正引起全世界范围的密切关注。随着钢混结构钢筋腐蚀问题引起全世界的广泛关注，国内外针对耦合腐蚀作用下的材料、构件到结构的性能进行了大量、系统的研究，这些研究建立了腐蚀状态与材料、构件及结构性能之间宝贵的数据库。钢筋腐蚀监测系统一旦成功构建，将在结构腐蚀状态与结构服役性能之间架设“桥梁”，实时掌握结构的耐久性状态，并最终为结构服役安全性的评定、合理化腐蚀控制措施与维修加固方案的提出及全寿命设计等提供科学依据。钢混结构钢筋腐蚀监测系统研究工作的开展势在必行，这一工作具有显著的经济效益和潜在的、重要的社会效益。等效电路(Equivalent Circuit, EC)是腐蚀电化学系统的传递函数，通过建立钢混体系合理的EC，进而应用其解析钢混体系在给定激励作用下的响应，即可明确钢筋腐蚀的特征。在给定激励下，应用通用等效电路R。((RctZw) Zcpe解析钢混体系腐蚀电化学特征的相关研究，主要集中于频域及时域内。通过频域内的电化学阻抗谱(ElectrochemicalImpedance Spectroscopy, EIS)测试,能够得到电化学反应过程中比较全面的信息，然而测试时间长、设备昂贵及易受外界干扰等弊端，制约了其在腐蚀监测工程中的应用。时域瞬态测量具有测试时间短、设备价格低廉等优点，所以如何解析通用EC在时域内的响应，从而得到与EIS频域测试相当的腐蚀信息，成为研究中的关键问题。解决这一问题存在的障碍在于体现弥散效应的CPE的阻抗中含有指数，所以无法对通用EC进行Laplace或FFT逆变换，进而得到其在时域内的响应计算公式。为此，采用分数微分理论解决上述关键问题，能够为基于电化学理论的腐蚀监测系统提供软件基础，具有重要的理论与实用价值和广阔的应用前景。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种，在计算值与试验值误差满足控制精度的前提下，采用分数微分算子，对腐蚀电化学传递函数进行分数微分运算，得到腐蚀电化学传递函数中待识别的特征参数值，从而实现对腐蚀状态的整体识别。本专利技术所采用的技术如下:一种，本文档来自技高网...

【技术保护点】
钢混结构腐蚀电化学特征的分数微分识别算法，其特征在于，方法如下：(1)Rc((RctZw)ZCPE等效电路的传递函数的建立其中，G(jω)?导纳；I(jω)和U(jω)分别为激励电流和对应的电压响应，或电流响应和对应的激励电压；Rc?混凝土电阻；Rct?钢混界面处钢筋腐蚀电化学反应电阻；YOQ?常相位角元件基本导纳；β?常相位角元件指数；YOW?Warburg阻抗基本导纳；(2)分数微分算法的建立根据Grundwald?Letnikov对分数微分算子的定义，对传递函数进行变形推导，可以求得电流响应的数值解：dαf(t)dtα|t=kT=limT→0T-α[Δf(t)]α---(2)其中：α∈R，T为离散周期，即电压阶跃激励信号u(t)和响应电流信号i(t)的采样周期，0≤k≤N，N为采样的点数，N、k均为自然数：Δf(kt)|t＝kT=f(kT)?f(kT?T)???(3)Grundwald?Letnikov定义的分数微分算子为：Dαf(t)|t=kT???(4)离散化表示为：Dαf(t)|t=kT=limT→0T-αΣl=0N(-1)lαlf((k-l)T),N≈tT---(5)其中：αl=α(α-1)···(α-l+1)l!---(6)应用分数微分Grundwald?Letnikov微分算子进行离散化得到的表达式会比其它的离散化方法得到更加精确的结果，为了便于程序化，定义如下的表达式：q=(α)l=(-1)lαl,l∈N---(7)则式(5)的表达式简化为：Dαf(t)|t=kT=limT→0T-αΣl=oNq(α)lf((k-l)T)---(8)假定对钢筋混凝土体系输入的瞬态电压激励为u(t)，测出的电流为i(t)，这两种电信号的采样周期为T，采样数据的长度为N；在已知瞬态阶跃电压u(t)的前提下，经过数值模拟，求得模拟电流ie(t)；建立目标函数J来评估测量值i(t)和模拟值ie(t)之间的误差：J=Σk=0N-1(ie(k)-i(k))2---(9)因模拟电流值ie(t)是腐蚀电化学特征参数YOQ、YOW、Rct、Rc和β的函数，因此在使得目标函数J小于给定控制误差条件下，通过Matlab进行非线性参数拟合计算，得到YOQ、YOW、Rct、Rc和β；在给定待识别参数的初值后，结合电流响应的试验值进行迭代运算，当计算结果与试验结果的误差小于控制误差后，即得到待识别参数值，从而实现钢混结构钢筋腐蚀电化学特征的识别。FSA0000098810300000011.tif...

【技术特征摘要】
1.钢混结构腐蚀电化学特征的分数微分识别算法，其特征在于，方法如下:...

【专利技术属性】
技术研发人员：乔国富，李惠，欧进萍，关新春，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：