浪溅区位于海-气交换界面区域,长期处于干湿交替状态,波浪对涂层的低频往复冲击力加速了涂层的腐蚀破坏,而涂层的腐蚀失效一般起源于气泡等缺陷处。因此,近海结构物涂层在波浪荷载的反复冲击作用下加剧了涂层界面上气泡等初始损伤的扩展演化,发生力学剥蚀,导致结构物提前腐蚀失效。气泡等初始损伤导致的涂层剥蚀问题已成为近岸工程防灾减灾亟需解决的热点和难点问题。通过FLOW-3D和ABAQUS进行数值模拟,分析墩柱结构物表面波浪冲击力分布特征和冲击过程的历时曲线,揭示了波浪作用下的墩柱结构物涂层中气泡演化规律。主要研究内容和结论如下:(1)浪溅区波浪冲击力特性。基于Navier-Stokes方程和RNG k-ε模型,建立波浪水槽三维数值模型,研究了近岸墩柱结构物表面波浪冲击力分布特征和冲击过程的历时曲线。结果表明:同一水平面,结构周围五个位置处(θ=0°、45°、90°、135°、180°)的点压力大小顺序为:P8=0°>Pθ=45°>Pθ=180°>Pθ=135°>Pθ=90°;在竖直方向上,静水面处的点压力最大,各高程的点压力值呈现随其与静水面距离的增加而线性减小的规律。波高和周期相同条件下,水深对结构水平总力和静水面结构点压力最大值基本没有影响;水深和周期相同条件下,波高对结构物水平总力具有显著影响,呈正线性关系,且水平总力的变化幅度及结构物表面点压力大小随波高的增大而变大,但变化周期与波浪周期相同;波浪周期的变化对结构水平总力的大小基本没有影响。(2)涂层界面损伤演化规律及扩展趋势。通过NX9.0构建墩柱、涂层和气泡模型,导入到ABAQUS中进行装配和进行网格局部加密,并采用ABAQUS/Standard分析模块探讨了波浪作用过程中结构物/涂层界面的气泡损伤演化过程响应。气泡中心位置的应变随波高的增加而线性增大,且影响范围也随波高的增大逐渐扩大;应变大小和范围基本不受波浪周期的影响;应变的大小随气泡直径的增大而呈现多项式增长,但当气泡直径足够大时,应变的变化受气泡直径增加的影响逐渐减小。气泡变形是从中心位置纵向演化,并随波浪力的增大,逐渐纵向发展,同时逐渐向两侧扩展,且随波高的增大,横向扩展速度加快,纵向扩展速度逐渐减慢。(3)建立考虑波浪要素的环氧树脂涂层损伤本构模型。通过分析波高、周期和气泡直径与应变的关系,应变峰值随直径和波高的增大而增大,应变和直径呈现多项式关系,而应变和波高呈正线性关系,应变峰值的大小不随波浪周期的影响,但变化周期与波浪周期相同,得出应变与气泡直径和波高的关系式:ε=0.0018H.ln(d)+0.0088H,并基于波浪力的周期性变化,建立了适用于波浪荷载的反复冲击作用下环氧涂层材料应力和应变随波浪要素变化的关系式。通过对比不同荷载谱加载条件下的拟合曲线与数值结果,其应变和应力的历时曲线基本吻合。