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基于近场动力学的海底管道常见金属材料的缝隙腐蚀研究

缝隙腐蚀；近场动力学；键理论；损伤；腐蚀速率

计算力学新方法，新理论 > 近场动力学

近年来，随着海洋经济迅速发展，我国深海石油和天然气的探测与采集日益活跃，海底管道作为连接海洋和陆地的运输通道得到了广泛应用。然而，在海水环境中，海底管道由于其结构的特殊性易发生缝隙腐蚀，危害其自身安全运行，造成巨大经济损失。因此，研究缝隙腐蚀规律至关重要。传统的有关缝隙腐蚀的研究多是基于连续性假设，在处理缝隙腐蚀这类不连续问题时，有一定的局限性。
为此，本文采用近场动力学方法，基于欧拉描述，建立缝隙腐蚀的近场动力学模型，初步模拟二维情况的缝隙腐蚀过程；引入了损伤指标，实现了腐蚀边界的自发移动；编写缝隙腐蚀近场动力学分析程序，采用简单算例确定了合适的粒子间距和邻域大小，进行了算例计算，模拟得到了缝内pH值分布随位置变化曲线，缝内pH值分布随时间变化曲线，并与实验结果和文献中的模拟结果进行对比，验证了本文提出的缝隙腐蚀近场动力学模型的有效性；模拟了不同条件下缝隙的腐蚀损伤演化过程，给出缝隙内金属离子浓度分布和腐蚀损伤分布，分析了饱和浓度、固体扩散系数、缝隙尺寸对缝隙腐蚀速率的影响，并给出了相关防腐蚀建议。