热应力对乾陵石刻风化作用影响规律研究

发布时间：2022-12-08 08:06

　　乾陵是女皇武则天和唐高宗李治的合葬陵,距今已有1300余年历史,是我国第一批重点文物保护单位。乾陵的石质文物众多,是研究唐朝历史文化的宝贵资料。由于长期的自然因素和人为因素影响,石刻风化非常严重,其中热应力是影响乾陵石刻风化的主要因素之一。本文以乾陵石刻的保护为背景,以无字碑为研究对象,研究热应力对乾陵石刻风化作用的影响规律,研究结果可为乾陵石刻保护工作提供科学有效的依据。本文的主要研究成果如下:（1）进行了室内试块点光源照射试验,监测了石灰岩试块在升温和降温过程中不同观测点的温度,研究了石灰岩试块的升温规律和降温规律;用COMSOLMultiphysics软件对整个试验过程进行建模分析,通过监测结果与数值模拟结果对比,验证了模拟结果的准确性。（2）根据岩石力学和传热学等基本理论建立了自然条件下无字碑日照温度场分析模型,对无字碑在夏季和冬季两个极端季节各一天的温度场进行了分析,得到了无字碑各碑面最高温度和最低温度的数值以及它们出现的时刻,分析了 2天中无字碑温度场的分布规律以及无字碑表面和内部温度在该天24小时中的变化规律。（3）在无字碑温度场的基础上进行了热-结构的藕合计算,得到了夏... 

【文章页数】：67 页

【学位级别】：硕士

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摘要
ABSTRACT
1 绪论
    1.1 选题背景及研究意义
    1.2 国内外研究现状
        1.2.1 乾陵石刻研究现状
        1.2.2 热应力影响岩石风化研究现状
        1.2.3 岩石疲劳破坏研究现状
    1.3 研究内容与技术路线
2 无字碑温度场和热应力分析的基本理论
    2.1 传热学基本理论
    2.2 无字碑的热交换系统
    2.3 无字碑温度场的分析计算方法
        2.3.1 无字碑内部导热计算方法
        2.3.2 无字碑碑面对流换热计算方法
        2.3.3 无字碑辐射传热计算方法
    2.4 无字碑热应力的分析计算方法
        2.4.1 基于结构力学的热应力计算方法
        2.4.2 热应力的有限元解法
    2.5 本章小结
3 温度场室内模拟试验
    3.1 引言
    3.2 试验内容
        3.2.1 监测点的分布
        3.2.2 监测方案
    3.3 试验仪器及材料
    3.4 试验数值模拟
        3.4.1 COMSOLMultiphysics热分析功能介绍
        3.4.2 试验计算模型
    3.5 试验结果
        3.5.1 试块内部温度变化规律
        3.5.2 试块表面温度变化规律
        3.5.3 模拟结果与试验结果对比分析
    3.6 本章小结
4 无字碑温度场及热应力的有限元计算
    4.1 无字碑温度场分析模型中热力学参数的确定
        4.1.1 环境参数和材料参数的计算
        4.1.2 对流换热系数的确定
        4.1.3 大气温度的计算
    4.2 无字碑温度场的有限元计算及分析
        4.2.1 无字碑温度场的有限元分析
        4.2.2 无字碑内部温度场分布规律
        4.2.3 夏季无字碑表面温度场分布规律
        4.2.4 冬季无字碑表面温度场分布规律
    4.3 无字碑的热应力计算
        4.3.1 夏季无字碑热应力分布规律
        4.3.2 冬季无字碑热应力分布规律
    4.4 本章小结
5 乾陵石刻疲劳损伤机理及保护建议
    5.1 疲劳损伤基本理论
        5.1.1 损伤基本理论
        5.1.2 损伤变量模型
        5.1.3 疲劳基本理论
        5.1.4 疲劳损伤模型
    5.2 热应力对无字碑风化作用的影响机理
        5.2.1 无字碑热应力周期循环规律
        5.2.2 热应力对乾陵石刻风化作用的影响机理
    5.3 疲劳寿命的主要影响因素
        5.3.1 应力上限的影响
        5.3.2 应力幅值的影响
    5.4 乾陵石刻保护建议
        5.4.1 乾陵石刻保护修复材料选取的建议
        5.4.2 乾陵石刻本体保护的建议
    5.5 本章小结
6 结论与展望
    6.1 结论
    6.2 展望
致谢
参考文献
攻读学位期间取得的成果


【参考文献】：
期刊论文
[1]乾陵无字碑温度场分布规律研究[J]. 任兴,秦立科,甄刚,马宏林,王番.  文物保护与考古科学. 2017(06)
[2]热应力与膨胀力耦合作用下岩石破裂机理的数值模拟研究[J]. 黄鑫,唐世斌,包春燕,唐春安.  防灾减灾工程学报. 2017(04)
[3]基于循环荷载下西原岩石疲劳模型的改进研究[J]. 李永辉,浦少云,饶军应,李德荣,刘小浪,穆锐,王红.  水利水电技术. 2017(07)
[4]单轴分级循环加载条件下砂岩疲劳变形特性与损伤模型研究[J]. 李西蒙,刘长友,Syd SPENG,鲁岩.  中国矿业大学学报. 2017(01)
[5]冻融循环作用下岩石疲劳损伤计算中关键问题的讨论[J]. 贾海梁,项伟,申艳军,杨更社.  岩石力学与工程学报. 2017(02)
[6]循环加-卸载岩石本构模型研究[J]. 张平阳,夏才初,周舒威,周瑜,胡永生.  岩土力学. 2015(12)
[7]乾陵无字碑裂隙分布情况调查及其稳定性分析[J]. 甄刚,秦立科,马宏林.  文博. 2015(01)
[8]大理岩在高应力状态下受小幅循环动力扰动的力学试验[J]. 唐礼忠,武建力,刘涛,朱俊,舒计步.  中南大学学报(自然科学版). 2014(12)
[9]强烈风化作用对烃源岩评价指标的影响——以额济纳旗及邻区石炭系—二叠系为例[J]. 魏建设,卢进才,魏仙样,韩伟,姜亭.  地质通报. 2012(10)
[10]小气候环境因素对乾陵石刻风化的影响研究[J]. 阎敏.  文博. 2011(04)

博士论文
[1]混凝土箱梁和空心高墩温度场及温度效应研究[D]. 武立群.重庆大学 2012

硕士论文
[1]露天石灰岩文物表面防护材料及工艺探索[D]. 侯鲜婷.西北大学 2015
[2]冻融条件下岩石细观损伤力学特性研究初探[D]. 张全胜.西安科技大学 2003
[3]循环载荷作用下岩石损伤演化规律研究[D]. 唐晓军.重庆大学 2008



本文编号：3713873