[发明专利]蒸养混凝土湿热弹响应预测方法、系统、存储介质

说明书

本发明属于蒸养混凝土预制构件技术领域，公开了一种蒸养混凝土湿热弹响应预测方法、系统、存储介质、程序，所述蒸养混凝土湿热弹响应预测方法包括：建立分数阶广义湿热耦合模型；求解模型，得到拉式域内温度和湿度；通过Matlab软件编写拉普拉斯逆变换程序获得时间域内的温湿度场。本发明模型考虑了热流率和分数阶次对热传导的影响，计算了热冲击下热流分数阶次对温度和湿度分布的影响规律。本模型考虑了湿分流率和分数阶次对湿扩散的影响，计算了热冲击下湿分流分数阶次对温度和湿度分布的影响规律。通过本发明建立的分数阶广义湿热耦合模型可以精确描述高温高湿蒸汽养护过程中混凝土的反常湿热行为。

技术领域

本发明属于蒸养混凝土预制构件技术领域，尤其涉及一种蒸养混凝土湿热弹响应预测方法、系统、存储介质、程序。

背景技术

目前，蒸养混凝土预制构件因其成本低、生产周期短、环保等优点，被广泛用于地下轨道工程中的轨枕、道床板、隧道衬砌管片等结构。然而，国内外大量工程实践表明蒸养混凝土预制构件在服役过程中暴露出脆性大、易开裂、耐久性差等问题。这是由于快速蒸汽养护过程中混凝土受到高温高湿环境的影响，内部温度和湿度会随之发生剧烈变化，使得混凝土产生变形。在约束条件下，上述变形即会产生应力，从而导致微裂纹产生。因此，众多学者对蒸养过程中混凝土的湿热弹响应问题进行了广泛研究。他们建立了考虑内热源与内湿源的混凝土湿热耦合传导模型，模拟了周期性温湿度条件下混凝土内部的温湿度场以及早龄期混凝土温湿度场随龄期的发展规律。

但上述关于混凝土湿热弹响应问题的研究主要局限于整数阶湿热耦合模型的框架之内。由于介质的复杂性，特别是非均匀性和各向异性，湿热传递过程相互耦合(Soret效应、Dufour效应)，湿扩散和热传导不再服从整数阶菲克定律和傅里叶定律，而表现出较强的记忆行为和长程相关性，人们称之为反常湿扩散和反常热传导。众所周知，整数阶时间导数由局部极限定义，它无法描述历史依赖过程。

通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：由于难以通过试验监测混凝土在蒸养过程中的温湿度变化，因此国内外少有对于蒸养混凝土内部温湿度场分布的研究，亟需建立合理的理论模型预测高温高湿蒸养过程中混凝土的湿热弹响应问题。

解决以上问题及缺陷的难度为：如何将分数阶微积分引入到热传导和湿扩散方程及如何基于所建立的分数阶广义湿热耦合模型预测高温高湿条件下混凝土的湿热弹响应是问题的关键。

解决以上问题及缺陷的意义为：通过将分数阶微积分引入到热传导和湿扩散方程中，考虑热流率和分数阶次对热传导的影响及湿分流率和分数阶次对湿扩散的影响，从而可以准确预测高温高湿蒸汽养护过程中混凝土的反常湿热行为，为混凝土选择合适的蒸养制度提供理论指导，从而保证混凝土构件的生产质量。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种蒸养混凝土湿热弹响应预测方法、系统、存储介质、程序。

本发明是这样实现的，一种蒸养混凝土湿热弹响应预测方法，所述蒸养混凝土湿热弹响应预测方法包括：

第一步，建立分数阶广义湿热耦合模型；

第二步，求解模型，得到拉式域内温度和湿度；

第三步，通过Matlab软件编写拉普拉斯逆变换程序获得时间域内的温湿度场。

进一步，所述分数阶广义湿热耦合模型为：A₁,A₂的表达式：

进一步，所述分数阶广义湿热耦合模型的构建方法包括：

(1)建立能量和质量守恒方程，包括公式(1.1)能量守恒方程和公式(1.2)质量守恒方程：