基于多物理场耦合的大气环境下碳钢点蚀演化及速率预测模型

为揭示大气环境下碳钢点蚀演化规律,基于电化学腐蚀机理,耦合三次电流分布、物质传递和变形几何多物理场建立碳钢点蚀演化的数值模型。基于此,分析pH值、NaCl浓度和相对湿度(Relative humidity,RH)对点蚀速率的影响并建立点蚀速率预测模型。研究表明:点蚀形态由初始圆锥形向半球形转变,最后发展成圆柱状;pH值处于6.0~7.0范围内,碳钢点蚀速率出现明显下降,最大降幅为23.96%;NaCl浓度在0.5%~1%(质量分数)时,增加NaCl浓度对点蚀速率提升明显,最大增幅为10%;碳钢点蚀速率在RH为72%~77%内存在极值;点蚀速率预测值与试验值误差在5%以内。以上表明本工作建立的数值模型和预测公式可用于碳钢点蚀演化和速率预测。

基于点蚀演化的Q235钢材强度退化行为研究

【目的】为了评估腐蚀后钢材强度随点蚀演化的退化行为,基于不同腐蚀时间的钢基体表面蚀坑统计结果,利用ABAQUS有限元分析软件与Python程序实现了随机点蚀的原位演化,在此基础上提出了随机点蚀演化的力学性能评估方法。【方法】在保证数值模型与试验质量损失率一致的前提下,分析并验证了腐蚀钢材强度数值解的准确性和适用性,建立了点蚀影响下钢材的强度退化模型。此外,通过3组153个数值模型系统分析了蚀坑深度及质量损失率共同影响下Q235腐蚀钢材的屈服强度与极限强度的退化规律,提出了具有通用性的腐蚀后钢材屈服强度与极限强度随质量损失率与腐蚀深度的演化公式。【结果】结果表明,当蚀坑深度已知时,钢材剩余强度随质量损失率的增加呈指数型下降。点蚀影响下钢材的屈服强度和极限强度同时由质量损失率与蚀坑深度决定。

阳极溶解型应力腐蚀点蚀演化的能量原理

作为一种不可逆的热力学过程,阳极溶解型应力腐蚀点蚀的演化受到表面能、体系应变能和电化学能的影响。基于能量学原理,对应力腐蚀点蚀演化过程中的能量问题进行研究,提出一种双变量半椭球模型描述点蚀的演化过程,推导点蚀形状参数在演化过程中的变化方程,并讨论远场应力等参数对点蚀形状参数以及体系能量变化的影响。结果表明:点蚀的形貌由初始的半球形状逐渐演化为半长椭球;点蚀的演化形貌为体系应变能与点蚀内表面的表面能共同竞争的结果,应变能加速点蚀形状参数的变化,而表面能则抵制点蚀的形状演化;远场应力对体系热力学势能的变化影响显著。

腐蚀疲劳点蚀演化及腐蚀疲劳裂纹成核机制研究

作为一种不可逆的热力学过程,腐蚀疲劳的点蚀演化伴随着体系能量的耗散。文章基于热力学原理,对腐蚀疲劳点蚀演化过程中的能量问题进行探索性研究。引入双变量点蚀模型,建立点蚀演化过程中体系热力学势函数,推导了点蚀形状参数在演化过程中的变化方程,并分析了体系应变能、表面能和电化学能对点蚀演化形貌的影响机制及规律。根据裂纹成核位错机理建立了腐蚀疲劳裂纹成核临界条件的能量准则,并与应力强度因子准则进行比较,分析结果验证了能量准则的合理性。

点蚀演化及腐蚀疲劳裂纹成核的能量原理

作为一种不可逆的热力学过程,腐蚀疲劳的点蚀演化受到体系应变能、表面能和电化学能的共同影响.基于能量学原理,对腐蚀疲劳点蚀演化过程中的能量问题进行探索性研究.引入双变量半椭球模型描述点蚀的演化过程,推导了点蚀形状参数在演化过程中的变化方程.基于应力强度因子准则建立点蚀向疲劳裂纹转化的临界条件,同时分析应力幅值对腐蚀疲劳裂纹成核寿命的影响.

包铝的7075和2024合金在海洋大气环境中的点蚀演化机制

通过带包铝层的7075和2024合金在海洋大气环境中长期现场暴露和室内加速模拟试验,用扫描电镜(SEM)、能谱仪(EDS)、电化学测试系统和扫描Kelvin探针等研究了高强铝合金包铝层中点蚀演化机制。结果表明,在海洋大气环境中暴露20 a后,带包铝7075和2024的点蚀都未穿透表面包铝层;在腐蚀严重的部位,蚀坑底部仍然保留10μm厚的内层包铝。内层包铝含有Al,Zn和Mg元素,外层包铝含有Al和Zn元素。少量Mg元素的存在使得内层包铝在25℃的0.6 mol/L NaCl溶液中腐蚀电位和空气中Kelvin电位都相对外层包铝较正,内层包铝具有较高的耐蚀性。在现场暴露和室内加速模拟试验中,点蚀坑在包铝层中倾向于沿横向扩展而不是向纵深方向发展,最终形成宽而浅的平底状点蚀坑。

齿面点蚀程度对齿轮动力学特性影响的分析及实验研究

齿轮啮合过程中产生的齿面疲劳破坏严重影响齿轮啮合稳定性。考虑到齿轮点蚀的演化特点,以实验齿轮为研究对象,建立了六自由度齿轮系统动力学模型,分析了不同点蚀故障程度下齿轮的时变啮合刚度;根据齿轮故障演化实验台进行相关实验,并将仿真模型与实验振动信号进行对比分析。结果表明:由点蚀故障引起的时域冲击随着点蚀沿齿廓方向的扩展逐步收敛,齿轮单齿啮合区的刚度变化对齿轮振动信号的冲击作用较强。