钢结构涂层受风沙环境冲蚀机理和损伤程度评价研究

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1、分类号:学校代码:10128UDC:学号:20111100289硕士学位论文（类别：全日制硕士研究生题目：钢结构涂层受风沙环境冲蚀机理和损伤程度评价研究英文题目：Erosionwearmechanismandevaluationofsteel-structurecoatinginsandstorm研究生：任莹学科名称：结构工程指导教师：郝贠洪教授二○一四年四月万方数据万方数据内蒙古工业大学硕士学位论文摘要内蒙古中西部地区位于我国北部边疆，地域辽阔，自西向东分布着六大沙漠和沙地，气候干旱，大风日数多，导致沙尘

2、暴频繁发生。该地区沙漠周边建有大量的通信塔、桥梁、输电塔架等钢结构体系，这些钢结构设施表面的涂层长期受到风沙环境的侵蚀作用过早失效，使得钢结构外露锈蚀，导致结构的安全性和耐久性降低。因此，分析钢结构表面涂层受风沙环境侵蚀的力学性能，研究其抗冲蚀磨损的损伤机理，提出冲蚀损伤程度的评价方法等一系列的问题已成为学术界和工程界迫切完成的研究任务。本文在分析内蒙古中西部地区风沙环境特征和钢结构涂层力学性能的基础上，采用理论分析和实验研究相结合的方法，分析了钢结构涂层受风沙冲蚀磨损的机理，提出了适用于风沙环境下钢结构涂

3、层损伤程度的评价方法，最后将实验数据与实际工况进行相似性分析，使得实验结果更具有现实意义。本课题受国家自然科学基金项目《风沙环境下钢结构涂层侵蚀力学行为及损伤评价研究》(批准号：11162011)和内蒙古自治区自然科学基金项目《风沙环境下钢结构涂层耐久性劣化机理研究》(批准号：2009MS0706)的资助。具体内容如下：1.分析了内蒙古中西部地区风沙环境特征，确定了实验过程中的风沙冲蚀力学参数(风沙流粒子特征、风沙流速度和风沙流浓度)。2.采用气流挟沙喷射法，对钢结构涂层进行了风沙环境下的冲蚀磨损实验，应用

4、扫描电子显微镜(SEM)观测涂层在不同冲蚀条件下的冲蚀磨损部位微观形貌，分析涂层材料受冲蚀磨损的力学行为和损伤机理。结果表明：涂层在受到低角度冲蚀时产生了顺着风沙流方向的微切削犁沟，随着角度的增加达到90°时，涂层表面则出现了垂直方向的冲击坑。3.研究了钢结构涂层受风沙冲蚀磨损失重量与不同风沙冲蚀力学参数的关系。应用精密分析天平测量钢结构涂层在实验前后的重量，结果显示：钢结构涂层的最大冲蚀磨损失重量出现在45°左右，表现出了介于塑性材料和脆性材料之间的冲蚀磨损特性；涂层的冲蚀磨损失重量随着冲蚀速度的增加而增

5、加；在低浓度时，冲蚀磨损失重量随着浓度的增加而增加，而在高浓度时则出现下降的趋势。4.提出了评价该钢结构涂层材料冲蚀损伤程度的评价公式，并把计算结果与实验结果进行对比，证实了公式的可行性。万方数据内蒙古工业大学硕士学位论文5.运用相似性理论，将实验结果与实际工况进行对比分析，得出本次实验中最高浓度、最大速度的冲蚀磨损结果相当于内蒙古中西部强沙尘暴密集区中的钢结构涂层受到5.5个月到7年的冲蚀磨损。关键词：钢结构涂层；风沙环境；冲蚀机理；评价方法；相似理论万方数据内蒙古工业大学硕士学位论文AbstractTh

6、ecentralandthewesternregionofInnerMongoliaislocatedinthenorthernborderofChina,whichcoversavastgeographicarea.Therearesixdesertsinthisarea.Theclimatehereisdryandwindy,sosandstormoccursfrequently.Therearealargenumberofsteel-structuressurroundingthedeserts.Th

7、ecoatingsurfaceofthesteelstructurefacilitieslong-termerosionbysandstormsothattheprematurefailure,makesteelstructureexposedrusted,resultsinthedecreaseofthesafetyanddurabilityofstructure.Therefore,analysisofsteelstructuresurfacemechanicalpropertiesofcoatinge

8、rodedbysandstorm,studyonerosionmechanismofthesteel-structurecoatinginsandstorm,andproposingamethodofevaluatingerosiondegreeofthecoatingwhichhasbecomeacademiaandengineeringurgentresearchtask.Thisthesisbasedona