(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210563607.5 (22)申请日 2022.05.23 (71)申请人 西安建筑科技大 学 地址 710055 陕西省西安市碑林区雁塔路 13号 (72)发明人 王友德　武杰宾　徐善华　张海江　 (74)专利代理 机构 西安通大专利代理有限责任 公司 6120 0 专利代理师 陈翠兰 (51)Int.Cl. G06F 30/17(2020.01) G06F 30/23(2020.01) G01M 13/00(2019.01) G01B 11/24(2006.01) G01B 11/22(2006.01)G01B 11/00(2006.01) G06F 111/08(2020.01) G06F 111/10(2020.01) G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 一种锈蚀钢结构承载性能评估方法、 系统、 设备及介质 (57)摘要 本发明公开了一种锈蚀钢结构承载性能评 估方法、 系统、 设备及介质， 包括： 对待评估钢结 构上预选 取的局部锈蚀区域进行表 面特征扫描， 并确定腐蚀评价指标； 根据待评估钢结构的锈蚀 表面随机表征模 型及腐蚀评价指标， 进行映射重 建， 得到待评估钢结构锈蚀表 面形貌映射重建结 果； 根据待评估钢结构锈蚀表 面形貌映射重建结 果， 建立待评估钢结构的基本构 件的随机锈蚀表 面有限元几何模型， 并进行有限元模拟计算， 得 到待评估钢结构的基本构件的承载性能预测结 果， 并对待评估钢结构 的承载性能进行评估， 得 到所述锈蚀钢结构承 载性能评估 结果； 本发明将 批量重建的表 面形貌引入有限元模 型中， 计算结 果具有更高准确性， 实现了锈蚀钢结构承载性能 预测与可靠性评估。 权利要求书3页 说明书16页 附图4页 CN 115034001 A 2022.09.09 CN 115034001 A 1.一种锈蚀钢结构承载性能评估方法， 其特 征在于， 包括以下步骤： 步骤1、 对待评估钢结构上预选取的局部锈蚀区域进行表面特征扫描， 得到待评估钢结 构的局部区域锈蚀表面 三维形貌； 步骤2、 根据所述待评估钢结构的局部区域锈蚀表面 三维形貌， 确定腐蚀评价指标； 步骤3、 利用预设的腐蚀动力学模型， 建立待评估钢结构的锈蚀表面随机表征模型； 根 据所述待评估钢结构的锈蚀表面随机表征模型及所述腐蚀评价指标， 对待评估钢结构的锈 蚀表面形貌进行映射重建， 得到待评估钢结构锈蚀表面形貌映射重建结果； 步骤4、 根据所述待评估钢结构锈蚀表面形貌映射重建结果， 建立待评估钢结构的基本 构件的随机锈蚀表面有限元几何模型； 其中， 所述待评估钢 结构的基本构件包括待评估钢 结构的梁构件、 柱构件、 梁柱 节点及钢板构件； 步骤5、 利用有限元参数化模拟方法， 对所述待评估钢结构的基本构件的随机锈蚀表面 有限元几何模型进行有限元模拟计算， 得到待评估钢结构的基本构件的承载性能预测结 果； 步骤6、 根据所述待评估钢结构的基本构件的承载性能预测结果及可靠性评估理论， 对 待评估钢结构的承载性能进行评估， 得到所述锈蚀钢结构承载性能评估结果。 2.根据权利要求1所述的一种锈蚀钢结构承载性能评估方法， 其特征在于， 步骤1中， 对 待评估钢结构上预选取的局部区域进 行表面特征扫描， 得到待评估钢结构的局部区域锈蚀 表面三维形貌的过程， 具体如下： 在待评估钢结构上随机选取局部锈蚀区域， 并进行除锈处理， 得到除锈处理后的局部 锈蚀区域； 利用三维非接触式激光扫描仪， 对所述除锈处理后的局部锈蚀区域， 进行表面特征扫 描， 得到待评估钢结构的局部区域锈蚀表面三 维形貌； 其中， 所述待评估钢结构的局部区域 锈蚀表面 三维形貌为待评估钢结构的局部区域锈蚀表面的三维点云坐标 数据。 3.根据权利要求1所述的一种锈蚀钢结构承载性能评估方法， 其特征在于， 步骤2中， 所 述腐蚀评价指标包括力学性能评价指标和腐蚀形貌表征； 其中， 所述力学性能评价指标， 包括锈蚀率、 非均匀锈蚀率及锈蚀最小截面面积； 所述 腐蚀形貌表征， 包括全面腐蚀形貌表征和点蚀形貌表征； 所述全面腐蚀形貌表征包括锈蚀 深度平均值和锈蚀深度标准差； 所述点蚀形貌表征包括锈坑深度、 锈坑径深比、 锈坑体积比 及锈坑密度。 4.根据权利要求3所述的一种锈蚀钢结构承载性能评估方法， 其特征在于， 步骤3 中， 所 述待评估钢结构的锈蚀表面随机表征模型包括待评估钢结构全面腐蚀的锈蚀深度随机场 模型和待评估钢结构点蚀的锈坑随机分布模型； 所述待评估钢结构锈蚀表面形貌映射重建 结果包括全面腐蚀形貌映射重建结果及点蚀形貌映射重建结果。 5.根据权利要求4所述的一种锈蚀钢结构承载性能评估方法， 其特征在于， 所述全面腐 蚀形貌映射重建结果的构建过程， 具体如下： 利用预设的腐蚀动力学模型， 建立待评估钢结构全面腐蚀的锈蚀深度随机场模型； 将所述腐蚀评价指标， 代入所述待评估钢结构全面腐蚀的锈蚀深度随机场模型中， 计 算得到待评估钢结构的锈蚀表面的全面腐蚀点云坐标数据， 即得到所述全面腐蚀形貌映射 重建结果；权　利　要　求　书 1/3 页 2 CN 115034001 A 2其中， 计算得到待评估钢结构的锈蚀表面的全面腐蚀点云坐标 数据的过程， 具体如下： 根据所述待评估钢结构表面锈蚀深度的平均值及锈蚀深度的标准差， 确定待评估钢结 构表面锈蚀深度功率谱； 根据待评估钢结构表面锈蚀深度功率谱， 利用二维随机谐和函数， 计算得到待评估钢 结构的锈蚀表面的全面腐蚀点云坐标 数据， 即得到所述全面腐蚀形貌映射重建结果； 所述点蚀形貌映射重建结果的构建过程， 具体如下： 利用预设的腐蚀动力学模型， 建立待评估钢结构点蚀的锈坑随机分布模型； 将所述腐蚀评价指标， 代入所述待评估钢结构点蚀的锈坑随机分布模型中， 计算得到 待评估钢结构的锈蚀表面的点蚀点云坐标 数据， 即得到所述 点蚀形貌映射重建结果； 其中， 计算得到待评估钢结构的锈蚀表面的点蚀点云坐标 数据的过程， 具体如下： 根据所述待评估钢结构表面的锈坑密度和预计算的待评估钢结构的表面面积， 确定锈 坑数量； 其中， 所述预计算的待评估钢结构的表 面面积， 通过待评估钢结构的表面长度尺 寸 和宽度尺寸相乘计算得到； 根据所述待评估钢结构表面的锈坑深度、 锈坑径深比、 锈坑形状概率参数及所述锈坑 数量， 批量 生成随机锈坑； 根据所述批量生成随机锈坑， 计算得到待评估钢结构的锈蚀表面的点蚀点云坐标数 据， 即得到所述 点蚀形貌映射重建结果。 6.根据权利要求1所述的一种锈蚀钢结构承载性能评估方法， 其特征在于， 步骤4中， 根 据所述待评估钢结构锈蚀表面形貌映射重 建结果， 建立待评估钢结构的基本构件的随机锈 蚀表面有限元几何模型的过程， 具体如下： 对所述待评估钢结构锈蚀表面形貌映射重建结果， 进行坐标变换， 得到待评估钢结构 的基本构件的随机锈蚀表面点云数据； 其中， 所述待评估钢 结构的基本构件的随机锈蚀表 面点云数据为封闭截面 点云数据； 构建待评估钢结构的基本构件的有限元几何模型， 并将所述待评估钢结构的基本构件 的随机锈蚀表面点云数据赋值至所述待评估钢结构的基本构件的有限元几何模型， 得到待 评估钢结构的基本构件的随机锈蚀表面有限元几何模型。 7.根据权利要求1所述的一种锈蚀钢结构承载性能评估方法， 其特征在于， 步骤5 中， 利 用有限元参数化模拟方法， 对所述待评估钢结构的基本构件的随机锈蚀表面有限元几何模 型进行有限元模拟计算， 得到待评估钢 结构的基本构件的承载性能预测结果的过程， 具体 如下： 对所述待评估钢结构的基本构件的随机锈蚀表面有限元几何模型， 设置材料属性， 施 加荷载及边界条件， 并进行有限元数值模拟， 得到所述待评估钢 结构的基本构件的承载性 能预测结果。 8.一种锈蚀钢结构承载性能评估系统， 其特 征在于， 包括： 扫描模块， 用于对待评估钢结构上预选取的局部锈蚀区域进行表面特征扫描， 得到待 评估钢结构的局部区域锈蚀表面 三维形貌； 指标模块， 用于根据所述待评估钢结构的局部区域锈蚀表面三维形貌， 确定腐蚀评价 指标； 映射重建模块， 用于利用预设的腐蚀动力学模型， 建立待评估钢结构的锈蚀表面随机权　利　要　求　书 2/3 页 3 CN 115034001 A 3