[發明專利]鋼混結構腐蝕電化學特征的分數微分識別算法

有效

• 申請號: 201310667490.6
• 申請日: 2013-12-04
• 公開（公告）號: CN103678907A
• 公開（公告）日: 2014-03-26
• 發明（設計）人: 喬國富;李惠;歐進萍;關新春
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: G06F19/00
• 分類號: G06F19/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及的是一種鋼混結構腐蝕電化學特征的分數微分識別算法。

背景技術

鋼混結構是現今及以后長時間內仍將采用的主要結構型式之一，鋼筋腐蝕是引起鋼混結構耐久性降低的最主要原因。2009年世界腐蝕組織(WCO)的統計數據表明，全球由于腐蝕造成的經濟損失超過2.2萬億美元/年。近期，我國再次投入了數以萬億計的資金發展基礎設施建設，占據相當比例的重大鋼混結構耐久性問題，勢必成為影響國民經濟發展和社會和諧穩定的戰略性課題。鋼筋腐蝕的危害之大遠遠超出預期，隨著全球氣候與環境的進一步惡化，這一問題勢必呈現出日益加劇的嚴重態勢，重大鋼混結構鋼筋腐蝕問題正引起全世界范圍的密切關注。

隨著鋼混結構鋼筋腐蝕問題引起全世界的廣泛關注，國內外針對耦合腐蝕作用下的材料、構件到結構的性能進行了大量、系統的研究，這些研究建立了腐蝕狀態與材料、構件及結構性能之間寶貴的數據庫。鋼筋腐蝕監測系統一旦成功構建，將在結構腐蝕狀態與結構服役性能之間架設“橋梁”，實時掌握結構的耐久性狀態，并最終為結構服役安全性的評定、合理化腐蝕控制措施與維修加固方案的提出及全壽命設計等提供科學依據。鋼混結構鋼筋腐蝕監測系統研究工作的開展勢在必行，這一工作具有顯著的經濟效益和潛在的、重要的社會效益。

等效電路(Equivalent?Circuit，EC)是腐蝕電化學系統的傳遞函數，通過建立鋼混體系合理的EC，進而應用其解析鋼混體系在給定激勵作用下的響應，即可明確鋼筋腐蝕的特征。在給定激勵下，應用通用等效電路R_c((R_ctZ_w)Z_CPE解析鋼混體系腐蝕電化學特征的相關研究，主要集中于頻域及時域內。通過頻域內的電化學阻抗譜(Electrochemical?Impedance?Spectroscopy,EIS)測試，能夠得到電化學反應過程中比較全面的信息，然而測試時間長、設備昂貴及易受外界干擾等弊端，制約了其在腐蝕監測工程中的應用。時域瞬態測量具有測試時間短、設備價格低廉等優點，所以如何解析通用EC在時域內的響應，從而得到與EIS頻域測試相當的腐蝕信息，成為研究中的關鍵問題。解決這一問題存在的障礙在于體現彌散效應的CPE的阻抗中含有指數，所以無法對通用EC進行Laplace或FFT逆變換，進而得到其在時域內的響應計算公式。

為此，采用分數微分理論解決上述關鍵問題，能夠為基于電化學理論的腐蝕監測系統提供軟件基礎，具有重要的理論與實用價值和廣闊的應用前景。

發明內容

本發明的目的在于提供一種鋼混結構腐蝕電化學特征的分數微分識別算法，在計算值與試驗值誤差滿足控制精度的前提下，采用分數微分算子，對腐蝕電化學傳遞函數進行分數微分運算，得到腐蝕電化學傳遞函數中待識別的特征參數值，從而實現對腐蝕狀態的整體識別。

本發明所采用的技術如下：一種鋼混結構腐蝕電化學特征的分數微分識別算法，

(1)R_c((R_ctZ_w)Z_cPE等效電路的傳遞函數的建立

其中，G(jω)-導納；I(jω)和U(jω)分別為激勵電流和對應的電壓響應，或電流響應和對應的激勵電壓；R_c-混凝土電阻；R_ct-鋼混界面處鋼筋腐蝕電化學反應電阻；Y_OQ-常相位角元件基本導納；β-常相位角元件指數；Y_OW-Warburg阻抗基本導納。

(2)分數微分算法的建立

根據Grundwald-Letnikov對分數微分算子的定義，對傳遞函數進行變形推導，可以求得電流響應的數值解。