CN109359431A - 一种流动海水中材料表面点蚀的模拟方法 - Google Patents

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Abstract

本申请属于材料腐蚀研究领域，特别涉及一种流动海水中材料表面点蚀的模拟方法，包括：将材料离散呈元胞自动机系统中有序的元胞单元，根据反应规则对蚀坑生长过程中的物理化学过程进行参数化；通过不同的元胞单元状态函数表示整个点蚀体系中的材料组织和点蚀环境的组成，使用MATLAB模拟出在所述材料表面产生的随机分布的点蚀坑起始点；按照元胞单元转换规则，在所述点蚀坑起始点附近进行腐蚀转化；获取所有元胞单元的点蚀量，并获取所述材料表面的点蚀形貌随仿真时间变化的过程。该模拟方法对物理系统的扩散及腐蚀过程有很好的模拟效果，同时将腐蚀过程计算机化，为后期的分析和总结提供了很好技术解决方案。

Description

一种流动海水中材料表面点蚀的模拟方法
技术领域
本申请属于材料腐蚀研究领域，特别涉及一种流动海水中材料表面点蚀的模拟方法。
背景技术
元胞自动机(Cellular Automata)算法经过不断的发展和完善，已成为一种有着广阔应用前景的算法思想。元胞自动机作为一种工具，对物理系统的扩散及腐蚀过程有很好的模拟效果。
海洋中的流动腐蚀损伤的研究涉及材料学、力学、化学、气象学和统计学等多个学科领域，是一项多学科融合的庞大系统工程，需要开展的研究内容既广泛又复杂。国内目前对海水流动腐蚀的模拟还处于空白状态，没有一种很好的方法对金属材料在海水流动下的腐蚀进行模拟。
因此，希望有一种技术方案来克服或至少减轻现有技术的至少一个上述缺陷。
发明内容
本申请的目的是提供一种流动海水中材料表面点蚀的模拟方法，以填补或完善对流动海水中材料腐蚀的研究分析方法。
本申请的技术方案是：
一种流动海水中材料表面点蚀的模拟方法，包括以下步骤：
将材料离散呈元胞自动机系统中有序的元胞单元，根据反应规则对蚀坑生长过程中的物理化学过程进行参数化；
通过不同的元胞单元状态函数表示整个点蚀体系中的材料组织和点蚀环境的组成，使用MATLAB模拟出在所述材料表面产生的随机分布的点蚀坑起始点；
按照元胞单元转换规则，在所述点蚀坑起始点附近进行腐蚀转化；
获取所有元胞单元的点蚀量，并获取所述材料表面的点蚀形貌随仿真时间变化的过程。
根据本申请的至少一个实施方式，所述物理化学过程包括金属或非金属材料燃点溶解过程、钝化过程以及扩散过程。
根据本申请的至少一个实施方式，进行参数化的参数包括流体密度、温度、流速、液体扩散系数，流体切应力τ以及流动影响系数k。
根据本申请的至少一个实施方式，所述元胞单元转换规则包括：点蚀坑元胞的邻居为冯诺依曼型元胞单元，所述点蚀坑元胞上下两个邻居不受影响，左面的邻居代表流动下游方向受到冲刷作用的金属基体，腐蚀转化主循环覆盖整个元胞单元矩阵，边界条件为周期性边界条件。
本申请至少存在以下有益技术效果：
本申请提供的流动海水中材料表面点蚀的模拟方法，对物理系统的扩散及腐蚀过程有很好的模拟效果，该模拟方法将腐蚀过程计算机化，为后期的分析和总结提供了很好技术解决方案。
附图说明
图1是本申请提供的流动海水中材料表面点蚀的模拟方法的流程图；
图2是本申请一优选实施例中0.4m/s流速下的模拟效果图。
具体实施方式
为使本申请实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行更加详细的描述。在附图中，自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。下面结合附图对本申请的实施例进行详细说明。
在本申请的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请保护范围的限制。
下面结合附图1至图2对本申请做进一步详细说明。
本申请提供了一种流动海水中材料表面点蚀的模拟方法，包括以下步骤：
将材料离散呈元胞自动机系统中有序的元胞单元，根据反应规则对蚀坑生长过程中的物理化学过程进行参数化；
通过不同的元胞单元状态函数表示整个点蚀体系中的材料组织和点蚀环境的组成，使用MATLAB模拟出在所述材料表面产生的随机分布的点蚀坑起始点；
按照元胞单元转换规则，在所述点蚀坑起始点附近进行腐蚀转化；
获取所有元胞单元的点蚀量，并获取所述材料表面的点蚀形貌随仿真时间变化的过程。
在一些可选的实施方式中，所述物理化学过程包括金属或非金属材料燃点溶解过程、钝化过程以及扩散过程。
在一些可选的实施方式中，进行参数化的参数包括流体密度、温度、流速、液体扩散系数，流体切应力τ以及流动影响系数k。
在一些可选的实施方式中，所述元胞单元转换规则包括：点蚀坑元胞的邻居为冯诺依曼型元胞单元，所述点蚀坑元胞上下两个邻居不受影响，左面的邻居代表流动下游方向受到冲刷作用的金属基体，腐蚀转化主循环覆盖整个元胞单元矩阵，边界条件为周期性边界条件。
在一优选实施例中，按照图1所示：定义本模拟方法的运行时间步长为t＝500步，取1000×1000的矩阵模拟铝合金基体的元胞空间，每个元胞单元代表金属铝原子，相同大小的矩阵空间模拟腐蚀溶液元胞，使用MATLAB命令产生随机数矩阵，用来模拟溶液中氯离子的随机分布，数值大于0.99的为腐蚀性氯离子，会与金属基体发生反应，反之，小于0.99的为其他元胞，不与金属发生反应。
根据确定的参数，如流体密度、温度、流速、液体扩散系数等，计算出流体切应力τ及流动影响系数k，并进行赋值。
进入主循环过程，金属及腐蚀溶液的元胞空间按照元胞转化规则，即腐蚀规则进行转化，元胞的邻居为冯诺依曼型元胞单元，元胞上下两个邻居不受影响，左面的邻居代表流动下游方向受到冲刷作用的金属基体，所以在下游引入流动影响系数k，循环覆盖整个元胞矩阵，边界条件为周期性边界条件。
在上述的循环完成后，对腐蚀溶液矩阵以及流动影响系数k再次进行随机赋值，用来模拟海水中氯离子的随机扩散，进行腐蚀的扩展，最后对模拟进行腐蚀图像的可视化，如图2所示为0.4m/s流速下的模拟效果图，其中海水流速V＝0.4m/s，流体切应力τ＝-1.3345，流动影响系数k＝-9.4284e-09。并进行下一次循环，完成下一次腐蚀，得到材料表面随模拟时间变化的过程及其图像。
本申请提供的流动海水中材料表面点蚀的模拟方法，对物理系统的扩散及腐蚀过程有很好的模拟效果，该模拟方法将腐蚀过程计算机化，为后期的分析和总结提供了很好技术解决方案。
以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (4)

1.一种流动海水中材料表面点蚀的模拟方法，其特征在于，包括以下步骤：
将材料离散呈元胞自动机系统中有序的元胞单元，根据反应规则对蚀坑生长过程中的物理化学过程进行参数化；
通过不同的元胞单元状态函数表示整个点蚀体系中的材料组织和点蚀环境的组成，使用MATLAB模拟出在所述材料表面产生的随机分布的点蚀坑起始点；
按照元胞单元转换规则，在所述点蚀坑起始点附近进行腐蚀转化；
获取所有元胞单元的点蚀量，并获取所述材料表面的点蚀形貌随仿真时间变化的过程。
2.根据权利要求1所述的流动海水中材料表面点蚀的模拟方法，其特征在于，所述物理化学过程包括金属或非金属材料燃点溶解过程、钝化过程以及扩散过程。
3.根据权利要求1所述的流动海水中材料表面点蚀的模拟方法，其特征在于，进行参数化的参数包括流体密度、温度、流速、液体扩散系数，流体切应力τ以及流动影响系数k。
4.根据权利要求1所述的流动海水中材料表面点蚀的模拟方法，其特征在于，所述元胞单元转换规则包括：点蚀坑元胞的邻居为冯诺依曼型元胞单元，所述点蚀坑元胞上下两个邻居不受影响，左面的邻居代表流动下游方向受到冲刷作用的金属基体，腐蚀转化主循环覆盖整个元胞单元矩阵，边界条件为周期性边界条件。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110987775A (zh) * 2019-11-29 2020-04-10 南京理工大学 一种不锈钢点蚀模拟的元胞自动机建模方法
CN113011078A (zh) * 2021-04-09 2021-06-22 中南大学 三元正极材料制备过程中分解反应模拟方法、系统及介质

Citations (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4958130A (en) * 1988-04-04 1990-09-18 Nakagawa Corrosion Protecting Co., Ltd. Evaluation method of corrosion of steel material embedded in concrete
JPH11350080A (ja) * 1998-06-11 1999-12-21 Nippon Steel Corp 耐食鋼
US20050071139A1 (en) * 2003-09-29 2005-03-31 Patwardhan Avinash S. Method and system for water flow analysis
CN1810628A (zh) * 2006-01-13 2006-08-02 东南大学 硅各向异性腐蚀过程模拟的元胞自动机方法
US20070032964A1 (en) * 2005-07-29 2007-02-08 Andrew Kaldor Method to determine predictive tests and device applying same to lubricant formulations
FR2917519A1 (fr) * 2006-09-27 2008-12-19 Peugeot Citroen Automobiles Sa Procede d'estimation de la corrosion
US20100185401A1 (en) * 2009-01-19 2010-07-22 Hernandez Sandra E Method and system for predicting corrosion rates using mechanistic models
CN102194031A (zh) * 2011-05-24 2011-09-21 清华大学 一种等离子干法三维刻蚀模拟方法
CN103063563A (zh) * 2013-01-10 2013-04-24 湘潭大学 一种模拟和实时测试热障涂层高温沉积物腐蚀的试验装置
CN103454206A (zh) * 2012-05-31 2013-12-18 中国科学院金属研究所 一种加载条件下不锈钢亚稳态点蚀模拟的方法
CN103969295A (zh) * 2013-02-01 2014-08-06 中国航空工业集团公司西安飞机设计研究所 一种金属材料腐蚀度原位检测方法
CN105243186A (zh) * 2015-09-11 2016-01-13 广西大学 基于元胞自动机的扩散模拟方法
CN108020500A (zh) * 2016-10-28 2018-05-11 上海梅山钢铁股份有限公司 一种快速检测镀锡钢板耐蚀性的测试液及其检测方法
CN207552254U (zh) * 2017-08-28 2018-06-29 中国石化扬子石油化工有限公司 一种全自动原油实沸点蒸馏仪防腐蚀系统
US20180283121A1 (en) * 2017-03-29 2018-10-04 Baker Hughes Incorporated Downhole tools having controlled degradation and method
CN108875242A (zh) * 2018-06-29 2018-11-23 集美大学 一种城市元胞自动机情景模拟方法、终端设备及存储介质

Patent Citations (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4958130A (en) * 1988-04-04 1990-09-18 Nakagawa Corrosion Protecting Co., Ltd. Evaluation method of corrosion of steel material embedded in concrete
JPH11350080A (ja) * 1998-06-11 1999-12-21 Nippon Steel Corp 耐食鋼
US20050071139A1 (en) * 2003-09-29 2005-03-31 Patwardhan Avinash S. Method and system for water flow analysis
US20070032964A1 (en) * 2005-07-29 2007-02-08 Andrew Kaldor Method to determine predictive tests and device applying same to lubricant formulations
CN1810628A (zh) * 2006-01-13 2006-08-02 东南大学 硅各向异性腐蚀过程模拟的元胞自动机方法
FR2917519A1 (fr) * 2006-09-27 2008-12-19 Peugeot Citroen Automobiles Sa Procede d'estimation de la corrosion
US20100185401A1 (en) * 2009-01-19 2010-07-22 Hernandez Sandra E Method and system for predicting corrosion rates using mechanistic models
CN102194031A (zh) * 2011-05-24 2011-09-21 清华大学 一种等离子干法三维刻蚀模拟方法
CN103454206A (zh) * 2012-05-31 2013-12-18 中国科学院金属研究所 一种加载条件下不锈钢亚稳态点蚀模拟的方法
CN103063563A (zh) * 2013-01-10 2013-04-24 湘潭大学 一种模拟和实时测试热障涂层高温沉积物腐蚀的试验装置
CN103969295A (zh) * 2013-02-01 2014-08-06 中国航空工业集团公司西安飞机设计研究所 一种金属材料腐蚀度原位检测方法
CN105243186A (zh) * 2015-09-11 2016-01-13 广西大学 基于元胞自动机的扩散模拟方法
CN108020500A (zh) * 2016-10-28 2018-05-11 上海梅山钢铁股份有限公司 一种快速检测镀锡钢板耐蚀性的测试液及其检测方法
US20180283121A1 (en) * 2017-03-29 2018-10-04 Baker Hughes Incorporated Downhole tools having controlled degradation and method
CN207552254U (zh) * 2017-08-28 2018-06-29 中国石化扬子石油化工有限公司 一种全自动原油实沸点蒸馏仪防腐蚀系统
CN108875242A (zh) * 2018-06-29 2018-11-23 集美大学 一种城市元胞自动机情景模拟方法、终端设备及存储介质

Non-Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
L LI等: "Cellular automaton model for simulation of metastable pitting", 《CORROSION ENGINEERING, SCIENCE AND TECHNOLOGY》 *
冯丽等: "海水环境下金属腐蚀过程数值模拟", 《机械工程师》 *
刘耀强: "海上输油管道腐蚀穿孔仿真新方法――元胞自动机", 《管道技术与设备》 *
范铭等: "飞机蒙皮点蚀的数值模拟", 《科技创新与应用》 *
陈梦成等: "钢材腐蚀损伤过程的元胞自动机模拟", 《中国腐蚀与防护学报》 *

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110987775A (zh) * 2019-11-29 2020-04-10 南京理工大学 一种不锈钢点蚀模拟的元胞自动机建模方法
CN110987775B (zh) * 2019-11-29 2022-08-12 南京理工大学 一种不锈钢点蚀模拟的元胞自动机建模方法
CN113011078A (zh) * 2021-04-09 2021-06-22 中南大学 三元正极材料制备过程中分解反应模拟方法、系统及介质

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