[发明专利]钢混结构腐蚀电化学特征的分数微分识别算法

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种钢混结构腐蚀电化学特征的分数微分识别算法。

背景技术

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_c((R_ctZ_w)Z_CPE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(Electrochemical Impedance 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。

发明内容

本发明的目的在于提供一种钢混结构腐蚀电化学特征的分数微分识别算法，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。

本发明所采用的技术如下：一种钢混结构腐蚀电化学特征的分数微分识别算法，

(1)R_c((R_ctZ_w)Z_cPE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；R_c-混凝土电阻；R_ct-钢混界面处钢筋腐蚀电化学反应电阻；Y_OQ-常相位角元件基本导纳；β-常相位角元件指数；Y_OW-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。