中文摘要：

内蒙古中西部地区处于我国风沙高活动区的中心地段，该地区桥梁、通信塔和输电塔架等钢结构体系的表面涂层受风沙环境侵蚀严重，使钢结构外露锈蚀，造成钢结构体系的耐久性和安全性下降。本项目基于内蒙古中西部地区风沙环境特征，研究钢结构涂层的力学和摩擦学性能，建立涂层受风沙环境侵蚀的力学模型，应用Hertz接触理论分析、数字图像相关实验方法和有限元程序LS-DYNA数值模拟相结合的研究方法，研究不同风沙环境冲蚀力学参数下涂层冲蚀接触动力和应力应变场分布规律等力学行为，以及涂层细观层次上变形和损伤的分布及发展规律；组建一套模拟风沙环境侵蚀实验系统，通过侵蚀试验研究不同风沙环境冲蚀力学参数下涂层冲蚀磨损等摩擦学行为，应用扫描电镜观测涂层冲蚀损伤微观形貌，分析其冲蚀损伤机理；在此基础上提出针对钢结构涂层受风沙环境侵蚀损伤程度的评价方法。研究结果将为钢结构涂层的设计、应用和防护提供依据。

结论摘要：

内蒙古中西部地处我国西北地区风沙高活动区的中心地段，该地区的基础设施长期遭受风沙环境侵蚀作用，尤其是建在沙漠及其周边的桥梁、通信塔和输电塔架等钢结构体系受到的影响更为显著。这种影响主要体现为风沙流粒子对钢结构表面涂层的冲蚀磨损破坏，造成其耐久性和安全性下降。本项目基于该区域风沙环境特征与工程实际背景，研究不同风沙环境冲蚀力学参数下钢结构涂层的冲蚀力学行为、摩擦学行为和损伤机理，提出涂层冲蚀损伤程度评价方法，分析实验结果与实际工况下冲蚀时间的对应转化关系。经过四年的系统研究，项目取得重要结果分析总结出该地区风沙环境特征及其冲蚀力学参数；测定得到了钢结构涂层的力学性能和摩擦学性能；通过应用Hertz接触理论、数字图像相关实验方法和数值模拟研究得出了钢结构涂层受风沙流粒子冲蚀的接触动力和应力应变场分布规律等冲蚀力学行为与摩擦学行为；应用自行研制的模拟风沙环境侵蚀实验系统和自动球压冲击试验仪研究了不同风沙环境冲蚀力学参数下钢结构涂层的冲蚀磨损规律，应用扫描电子显微镜和激光共聚焦显微镜观测涂层冲蚀损伤微观形貌特征，探明其冲蚀损伤机理；提出了针对钢结构涂层受风沙环境侵蚀损伤程度的评价方法，通过相似性分析初步得到了实验结果与实际工况下冲蚀时间的对应关系。研究结果可为风沙环境下服役钢结构涂层的设计、应用和防护提供依据。以上研究结果在国内外学术期刊上发表学术论文10篇（EI收录5篇）、录用3篇（EI收录期刊2篇）；在第十四届全国实验力学会议分会场作学术报告交流。自行研制出科研仪器设备2套，获批实用新型专利2项、发明专利1项（已获授权通知），项目部分研究成果在中国电力科学院的国家电网公司基础前瞻性科技项目《输电线路环境荷载作用机理及灾害防治技术》中应用转化，产生了较好的社会和经济效益。此外，在项目研究过程中，凝练了研究方向，组建了“特殊区域环境下工程结构和材料受侵蚀损伤、灾变机理及防护关键技术研究团队”，培养青年教师4人（其中1位在读博士），培养硕士研究生18人（其中已毕业5人、在校研究生13人），指导的3篇硕士学位论文获“内蒙古工业大学优秀硕士学位论文”。项目负责人入选了学校土木工程一级学科点学术带头人、防灾减灾工程与防护工程二级学科点学术带头人、学校首批中青年学术骨干、自治区草原英才创新团队《新型土木工程耐久性材料研究与实践创新人才团队》学术骨干。