鋼結(jié)構(gòu)涂層受風(fēng)沙環(huán)境沖蝕機理和損傷程度評價研究.pdf

1、內(nèi)蒙古中西部地區(qū)位于我國北部邊疆，地域遼闊，自西向東分布著六大沙漠和沙地，氣候干旱，大風(fēng)日數(shù)多，導(dǎo)致沙塵暴頻繁發(fā)生。該地區(qū)沙漠周邊建有大量的通信塔、橋梁、輸電塔架等鋼結(jié)構(gòu)體系，這些鋼結(jié)構(gòu)設(shè)施表面的涂層長期受到風(fēng)沙環(huán)境的侵蝕作用過早失效，使得鋼結(jié)構(gòu)外露銹蝕，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)的安全性和耐久性降低。因此，分析鋼結(jié)構(gòu)表面涂層受風(fēng)沙環(huán)境侵蝕的力學(xué)性能，研究其抗沖蝕磨損的損傷機理，提出沖蝕損傷程度的評價方法等一系列的問題已成為學(xué)術(shù)界和工程界迫切完成的研究任

2、務(wù)。本文在分析內(nèi)蒙古中西部地區(qū)風(fēng)沙環(huán)境特征和鋼結(jié)構(gòu)涂層力學(xué)性能的基礎(chǔ)上，采用理論分析和實驗研究相結(jié)合的方法，分析了鋼結(jié)構(gòu)涂層受風(fēng)沙沖蝕磨損的機理，提出了適用于風(fēng)沙環(huán)境下鋼結(jié)構(gòu)涂層損傷程度的評價方法，最后將實驗數(shù)據(jù)與實際工況進行相似性分析，使得實驗結(jié)果更具有現(xiàn)實意義。本課題受國家自然科學(xué)基金項目《風(fēng)沙環(huán)境下鋼結(jié)構(gòu)涂層侵蝕力學(xué)行為及損傷評價研究》(批準(zhǔn)號：11162011)和內(nèi)蒙古自治區(qū)自然科學(xué)基金項目《風(fēng)沙環(huán)境下鋼結(jié)構(gòu)涂層耐久性劣化機理研

3、究》(批準(zhǔn)號：2009 MS0706)的資助。具體內(nèi)容如下：
　　1.分析了內(nèi)蒙古中西部地區(qū)風(fēng)沙環(huán)境特征，確定了實驗過程中的風(fēng)沙沖蝕力學(xué)參數(shù)(風(fēng)沙流粒子特征、風(fēng)沙流速度和風(fēng)沙流濃度)。
　　2.采用氣流挾沙噴射法，對鋼結(jié)構(gòu)涂層進行了風(fēng)沙環(huán)境下的沖蝕磨損實驗，應(yīng)用掃描電子顯微鏡(SEM)觀測涂層在不同沖蝕條件下的沖蝕磨損部位微觀形貌，分析涂層材料受沖蝕磨損的力學(xué)行為和損傷機理。結(jié)果表明：涂層在受到低角度沖蝕時產(chǎn)生了順著風(fēng)沙流方

4、向的微切削犁溝，隨著角度的增加達(dá)到90°時，涂層表面則出現(xiàn)了垂直方向的沖擊坑。
　　3.研究了鋼結(jié)構(gòu)涂層受風(fēng)沙沖蝕磨損失重量與不同風(fēng)沙沖蝕力學(xué)參數(shù)的關(guān)系。應(yīng)用精密分析天平測量鋼結(jié)構(gòu)涂層在實驗前后的重量，結(jié)果顯示：鋼結(jié)構(gòu)涂層的最大沖蝕磨損失重量出現(xiàn)在45°左右，表現(xiàn)出了介于塑性材料和脆性材料之間的沖蝕磨損特性；涂層的沖蝕磨損失重量隨著沖蝕速度的增加而增加；在低濃度時，沖蝕磨損失重量隨著濃度的增加而增加，而在高濃度時則出現(xiàn)下降的趨勢。