面向結構損傷預後的結構多尺度力學研究及其套用

《面向結構損傷預後的結構多尺度力學研究及其套用》是依託東南大學，由李兆霞擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：面向結構損傷預後的結構多尺度力學研究及其套用
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：李兆霞
• 依託單位：東南大學

中文摘要

損傷預後(Damage Prognosis)是指對可能發生的損傷過程及其後果的預測(A prediction of the probable course and outcome of a damage)，其思路是變檢測損傷結果為預測損傷過程以確保結構安全。本項目擬用實驗探討、結構健康監測和多尺度理論等技術與方法研究在結構損傷預後分析中的若干結構多尺度力學關鍵問題：圍繞損傷從細觀發展到結構局部乃至整體失效的過程，揭示結構中不同尺度上損傷演化的合理表征，探討結構不同尺度損傷演化之間的強耦合作用，闡明結構服役典型歷程中多尺度損傷演化的主要規律及其對結構回響的影響；建立面向結構損傷預後的結構多尺度損傷分析理論；並套用於一類具有可靠監測數據的結構建立其損傷預後分析系統。研究成果將增加我們對工程結構損傷跨尺度演化規律和失效過程的了解，建立的損傷預後系統可使結構健康監測與安全評估更上一層樓。

結題摘要

結構損傷預後是保障結構全壽命安全的理想目標，而結構損傷多尺度演化過程模擬是損傷預後的核心。本項目以研究解決損傷預後中的若干結構損傷多尺度力學問題為目標，經過三年努力工作，已圓滿完成預定研究內容和目標，取得了豐碩成果。完成的工作和取得的成果包括：通過損傷跨尺度演化過程的多尺度同步實驗觀測與分析，揭示了細、巨觀不同尺度上結構損傷演化的主要特徵，包括金屬焊接結構在焊縫損傷區域的細觀裂紋擴展的分形特徵，和結構易損部位損傷導致的巨觀回響非線性效應；建立了不同尺度損傷的合理表征及其關聯，包括金屬焊縫損傷區域的分形損傷變數的跨尺度表征、混凝土細觀裂紋表征和損傷跨尺度演化特徵、金屬疲勞疲勞損傷多尺度表征及其跨尺度演化方程；建立了結構損傷細觀/巨觀/結構全尺度相互關聯的、跨尺度耦合的損傷演化廣義場方程組及其並發計算方法，發展了結構損傷演化過程中跨尺度界面動態模擬機制和實施技術，提出了結構損傷時空多尺度問題的基本方程及其分析方法。揭示了鋼筋混凝土粘結界面損傷演化機制及其對結構回響的影響規律，建立了考慮損傷性能與物理非均質鋼筋混凝土梁理論。發展了大型土木結構多尺度損傷預後分析的模型與分析方法，包括大跨橋樑一致多尺度模型及其修正方法、大跨鋼橋鋼箱梁疲勞損傷時變模型、大型土木結構多尺度損傷預後的關鍵科學問題與研究方法；提出了大跨橋樑結構服役載荷下的疲勞損傷預後分析方法，包括基於多尺度模擬的大跨橋樑結構易損局部處疲勞裂紋預後分析、大跨鋼橋在服役載荷作用下的疲勞損傷預後分析方法、預後橋樑疲勞裂紋跨尺度擴展過程的安全可靠期理論等。發表了學術論文36篇，其中國際期刊論文10篇、國核心心刊物14篇、會議論文12篇；被SCI收錄9篇次、EI收錄22篇次；出版專著一本。獲2013年度國家科技進步二等獎和2012年度江蘇省科技進步一等獎。申請了發明專利6項。培養的研究生完成博士學位論文3篇、碩士學位論文4篇，這些成果一方面體現於結構損傷預後理論中的基礎性科學問題的突破，包括揭示材料與結構在不同尺度上損傷演化的主要特徵，建立不同尺度下損傷的合理表征及其跨尺度演化率、結構損傷跨尺度耦合的控制方程及其並發計算方法等；另一方面，針對大型土木結構在服役載荷（包括正常運營載荷與突發地震、颱風等）作用下的損傷演化機制和主要規律發展結構損傷預後方法，可為建立大型土木結構多尺度損傷預後系統以保障結構全壽命安全奠定基礎。