成 果 简 介

应用场景

本技术可以应用在脆性与准脆性复合材料的损伤检测，可以分辨微米尺度损伤的空间分布规律，完成对复合材料在循环荷载、冻融作用等条件下的损伤表征。该技术主要应用于混凝土材料、岩石等材料的损伤规律表征与服役寿命评估。

主要解决的问题

在循环荷载作用下，脆性与准脆性复合材料内部损伤尺寸小，空间分布规律不清晰，导致对其损伤演化规律表征的困难。本技术通过联合纳米压痕技术与Micro-CT技术，利用微观力学的办法对微观损伤的空间结构与力学性能进行了表征。

技术要点

（1）纳米压痕点在Micro-CT的定位问题研究

对纳米压痕点位采用空间结构三点定位技术，确定压痕点在Micro-CT中的具体位置。使用该方法的时候需要配合分层试验技术，在分层步确定压痕截面位置。

（2）损伤的三维模型建立方法研究

对于构建完成了包含力学参数的三维灰度图，需要根据微观结构的力学性能进行分割，以获得损伤结构的空间形态。在建模的过程中使用基于CNN算法的人工智能程序，构建纳米压痕点与Micro-CT图像像素点之间的对应聚类关系。

（3）数值模型的建立问题研究

首先，对分割后的三维几何结构建立相应的灰度值边界图像，建立的过程中考虑使用灰度均一技术将灰度值离散点进行简化。其次，使用拓扑的方法建立分割区域的边界，形成边界的连续函数关系。最后通过边界填充技术，将含有边界模型的三维结构进行实体化，获得微观结构的三维数值模型。

应用成效

该方法成功的在持续冻融循环作用下，混凝土以及岩石内部微观损伤进行了表征。基于损伤的时空演化规律，构建了冻融作用下水泥基复合材料以及岩石材料的损伤演化规律。并且，通过建立损伤的微观模型为建立复合材料的损伤数值计算模型，分析损伤对力学以及渗透性的影响规律提供了模型建立框架。

适用范围

脆性以及准脆性复合材料的使用，遍布科研与工程领域。在国家提倡“碳中和”理念中，复合材料的损伤评估，寿命评价对材料的设计、使用、以及后期维护至关重要。本技术为冻融以及疲劳加载环境中复合材料的使用提供了理论基础以及基层技术支撑。

联 系 人：孟庆焕

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