一种用于水泥砂浆内部空隙冻胀力的计算方法技术

本发明专利技术公开了一种用于水泥砂浆内部空隙冻胀力的计算方法，包括以下步骤：定义计算方法基础条件；得到水泥砂浆中封闭孔隙内的表面均布应力表达；得到六面单元体，并对六面单元体进行弹性力学分析；对该六面单元体的径向平衡方程及物理方程进行并化；基于物理方程得到弹性力学方程；得到径向位移的力学表达；基于弹性力学方程，得到应力分量的表达；计算求解未知量；计算得到气孔个数；根据气孔个数得到外径；计算得到孔隙内的表面拉应力。本发明专利技术通过对微小六面单元体进行力学分析，得到温度对水泥砂浆内部冻胀应力的计算方法模型，本发明专利技术可准确预测水泥砂浆内部因温度产生的冻胀应力，对于温度变化幅度大的地区水泥砂浆的应用具有重要意义。具有重要意义。具有重要意义。

【技术实现步骤摘要】
一种用于水泥砂浆内部空隙冻胀力的计算方法


[0001]本专利技术属于水泥砂浆强度检测
，具体涉及一种用于水泥砂浆内部空隙冻胀力的计算方法。

技术介绍

[0002]北方大多数地区存在严寒地带，基于水泥砂浆自身材料的复杂性以及复杂地区温度变化引起水泥砂浆的内部变化，并且温度变化是影响水泥砂浆耐久性的重要原因之一，导致水泥砂浆强度变化不便于检测和鉴定，并且其分析研究落后于工程实践经验。
[0003]水泥砂浆在工程实际应用过程中，由于外界温度变化的作用下对内部产生影响，并且水泥砂浆的冻融破坏问题是影响其耐久性的重要因素之一。因水泥砂浆制作过程中内产生封闭孔隙，在温度的影响下内部孔隙会产生冻胀应力，影响其使用寿命。
[0004]若不进行检测和评估，在工程使用和日常维护中会造成较大的安全隐患。

技术实现思路

[0005]本专利技术为解决现有技术存在的问题而提出，其目的是提供一种用于水泥砂浆内部空隙冻胀力的计算方法。
[0006]本专利技术的技术方案是：一种用于水泥砂浆内部空隙冻胀力的计算方法，包括以下步骤：
[0007]ⅰ
.定义计算方法基础条件；
[0008]ⅱ
.得到水泥砂浆中封闭孔隙内的表面均布应力表达；
[0009]ⅲ
.得到六面单元体，并对六面单元体进行弹性力学分析；
[0010]ⅳ
.对该六面单元体的径向平衡方程及物理方程进行并化；
[0011]ⅴ
.基于物理方程得到弹性力学方程；
[0012]ⅵ
.得到径向位移的力学表达；
[0013]ⅶ
.基于弹性力学方程，得到应力分量的表达；
[0014]ⅷ
.计算求解未知量；
[0015]ⅸ
.计算得到气孔个数；
[0016]ⅹ
.根据气孔个数得到外径；
[0017]ⅹⅰ
.计算得到孔隙内的表面拉应力。
[0018]更进一步的，步骤
ⅱ
得到水泥砂浆中封闭孔隙内的表面均布应力表达，具体过程如下：
[0019]根据克拉贝龙方程，得到封闭孔隙内的表面均布应力表达。
[0020]更进一步的，步骤
ⅲ
得到六面单元体，并对六面单元体进行弹性力学分析，具体过程如下：
[0021]首先，从水泥砂浆弹性体中取出微小的六面单元体；
[0022]然后，采用微元法对六面单元体进行弹性力学分析。
[0023]更进一步的，步骤
ⅳ
对该六面单元体的径向平衡方程及物理方程进行并化，具体过程如下：
[0024]根据弹性力学中球对称问题，对六面单元体的径向平衡方程及物理方程进行并化，并得到并化后的表达。
[0025]更进一步的，步骤
ⅴ
基于物理方程得到弹性力学方程，具体过程如下：
[0026]将六面单元体的几何方程带入步骤
ⅳ
的物理方程中，得到弹性力学方程。
[0027]更进一步的，步骤
ⅵ
得到径向位移的力学表达，具体过程如下：
[0028]首先，将步骤
ⅴ
得到的弹性力学方程带入步骤
ⅳ
的平衡方程中；
[0029]然后，按照位移求解，得到封闭空间的微分方程；
[0030]最后，求解微分方程，得到径向位移的力学表达。
[0031]更进一步的，步骤
ⅶ
基于弹性力学方程，得到应力分量的表达，具体过程如下：
[0032]将步骤
ⅵ
得到的径向位移力学表达带入步骤
ⅴ
的弹性力学方程中，得到应力分量的表达。
[0033]更进一步的，步骤
ⅷ
计算求解未知量，具体过程如下：
[0034]求解应力分量表达中的未知量，将边界条件带入应力分量表达式中，求得未知量。
[0035]更进一步的，步骤
ⅸ
计算得到气孔个数，具体过程如下：
[0036]根据气孔比表面积的计算公式，计算气孔的个数。
[0037]更进一步的，步骤
ⅹ
根据气孔个数得到外径，具体过程如下：
[0038]首先，气孔间距系数为水泥砂浆中任一点和相邻一气泡之间的最大距离，气孔间距系数不超过0.2mm；
[0039]然后，基于气孔间距系数得到外径。
[0040]本专利技术的有益效果如下：
[0041]本专利技术通过对微小六面单元体进行力学分析，得到温度对水泥砂浆内部冻胀应力的计算方法模型，本专利技术的计算方法可准确预测水泥砂浆内部因温度产生的冻胀应力，对于温度变化幅度大的地区水泥砂浆的应用具有重要意义。
附图说明
[0042]图1是本专利技术的方法流程图；
[0043]图2是本专利技术中直角坐标系建立方式；
[0044]图3是本专利技术中的受力平衡图；
[0045]图4是本专利技术中的孔隙内表面受力图。
具体实施方式
[0046]以下，参照附图和实施例对本专利技术进行详细说明：
[0047]如图1至图4所示，一种用于水泥砂浆内部空隙冻胀力的计算方法，包括以下步骤：
[0048]ⅰ
.定义计算方法基础条件；
[0049]ⅱ
.得到水泥砂浆中封闭孔隙内的表面均布应力表达；
[0050]ⅲ
.得到六面单元体，并对六面单元体进行弹性力学分析；
[0051]ⅳ
.对该六面单元体的径向平衡方程及物理方程进行并化；
[0052]ⅴ
.基于物理方程得到弹性力学方程；
[0053]ⅵ
.得到径向位移的力学表达；
[0054]ⅶ
.基于弹性力学方程，得到应力分量的表达；
[0055]ⅷ
.计算求解未知量；
[0056]ⅸ
.计算得到气孔个数；
[0057]ⅹ
.根据气孔个数得到外径；
[0058]ⅹⅰ
.计算得到孔隙内的表面拉应力。
[0059]步骤
ⅱ
得到水泥砂浆中封闭孔隙内的表面均布应力表达，具体过程如下：
[0060]根据克拉贝龙方程，得到封闭孔隙内的表面均布应力表达。
[0061]步骤
ⅲ
得到六面单元体，并对六面单元体进行弹性力学分析，具体过程如下：
[0062]首先，从水泥砂浆弹性体中取出微小的六面单元体；
[0063]然后，采用微元法对六面单元体进行弹性力学分析。
[0064]步骤
ⅳ
对该六面单元体的径向平衡方程及物理方程进行并化，具体过程如下：
[0065]根据弹性力学中球对称问题，对六面单元体的径向平衡方程及物理方程进行并化，并得到并化后的表达。
[0066]步骤
ⅴ
基于物理方程得到弹性力学方程，具体过程如下：
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于水泥砂浆内部空隙冻胀力的计算方法，其特征在于：包括以下步骤：（
ⅰ
）定义计算方法基础条件；（
ⅱ
）得到水泥砂浆中封闭孔隙内的表面均布应力表达；（
ⅲ
）得到六面单元体，并对六面单元体进行弹性力学分析；（
ⅳ
）对该六面单元体的径向平衡方程及物理方程进行并化；（
ⅴ
）基于物理方程得到弹性力学方程；（
ⅵ
）得到径向位移的力学表达；（
ⅶ
）基于弹性力学方程，得到应力分量的表达；（
ⅷ
）计算求解未知量；（
ⅸ
）计算得到气孔个数；（
ⅹ
）根据气孔个数得到外径；（
ⅹⅰ
）计算得到孔隙内的表面拉应力。2.根据权利要求1所述的一种用于水泥砂浆内部空隙冻胀力的计算方法，其特征在于：步骤（
ⅱ
）得到水泥砂浆中封闭孔隙内的表面均布应力表达，具体过程如下：根据克拉贝龙方程，得到封闭孔隙内的表面均布应力表达。3.根据权利要求1所述的一种用于水泥砂浆内部空隙冻胀力的计算方法，其特征在于：步骤（
ⅲ
）得到六面单元体，并对六面单元体进行弹性力学分析，具体过程如下：首先，从水泥砂浆弹性体中取出微小的六面单元体；然后，采用微元法对六面单元体进行弹性力学分析。4.根据权利要求1所述的一种用于水泥砂浆内部空隙冻胀力的计算方法，其特征在于：步骤（
ⅳ
）对该六面单元体的径向平衡方程及物理方程进行并化，具体过程如下：根据弹性力学中球对称问题，对六面单元体的径向平衡方程及物理方程进行并化，并得到并化后的表达。5.根据权利要求1所述的一种用于水泥砂浆内部空...

【专利技术属性】
技术研发人员：董捷，姜涛，孙爱斌，肖世伟，邓建义，张国祥，郑瑞海，陈洪运，
申请(专利权)人：中国铁路设计集团有限公司张家口路桥建设集团有限公司，
类型：发明
国别省市：