JP2007017433A - Numerical analysis method of corrosive environment - Google Patents

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Aiichiro Kashiwagi
愛一郎 柏木
Hideki Hayakawa
秀樹 早川
Hidemasa Nonaka
英正 野中
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To obtain a numerical analysis method capable of accurately reflecting the state of the scene and precisely estimating the corroded state of a conductor. <P>SOLUTION: The numerical analysis method of a corrosive environment generated in the conductor 3 in a medium by a leaked current comprises a reference model analysis process for constructing and analyzing a reference model where current flows from a leaked current source 1 to an inflow object 2 via a medium while the conductor 3 is removed; a region potential distribution extraction process for obtaining a potential distribution at a region where the conductor 3 is present from the obtained potential distribution; and an object-to-be-analyzed analysis process for determining that the conductor 3 comprises a plurality of analysis segments and determining the analysis polarization characteristics of the segments, based on the potential distribution of the region and the material polarization characteristics of the conductor 3, performing an analysis in which only the conductor 3 is present in the field and a macro cell is formed by the segments, and obtaining the polarization potential distribution of the conductor 3 and the outflow/inflow distribution of current from the conductor to the medium. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、電流流出源から媒質を介して流入対象物へ電流が流入する場内に存在する検討対象物の電気化学的解析を行う数値解析方法に関する。   The present invention relates to a numerical analysis method for performing an electrochemical analysis of a target object existing in a field where current flows from a current source to a target object through a medium.

本願技術の説明を、一例として導電性の埋設管の腐食に関して説明する。
本願が対象とする腐食としては、図1に示すように、図1(a)(b)に示す漏れ電流による電食、(c)に示す干渉による腐食が存在する。
前者の例は、直流電気鉄道100において、レール101を流れる電流の一部が地中102に流出することに起因して、その近傍に埋設されている導電性埋設管103に発生する腐食が問題となる例であり、図1(a)(b)に矢印で示すように漏れ電流が流れる。
後者の例は、埋設管104に外部電源装置105により電気防食を実施したとき、近接する他の導電性埋設管103に防食電流の一部が流入し、電流流出部において発生する腐食の例であり、所謂、干渉問題と呼ばれる例である。この場合、(c)に矢印で示すように防食電流が流れる。これらの図で、その腐食部位をAで示した。
The description of the present technology will be described with respect to corrosion of a conductive buried pipe as an example.
Corrosion targeted by the present application includes electrolytic corrosion due to leakage current shown in FIGS. 1 (a) and 1 (b) and corrosion due to interference shown in (c), as shown in FIG.
In the former example, in the DC electric railway 100, a part of the current flowing through the rail 101 flows out into the ground 102, so that the corrosion generated in the conductive buried pipe 103 buried in the vicinity thereof is a problem. In this example, a leakage current flows as shown by arrows in FIGS.
The latter example is an example of corrosion that occurs when a portion of the anticorrosive current flows into another adjacent conductive buried tube 103 when the external power supply device 105 performs an electric corrosion protection on the buried tube 104 and occurs in the current outflow portion. There is an example called a so-called interference problem. In this case, an anticorrosion current flows as indicated by an arrow in (c). In these figures, the corrosion site is indicated by A.

さて、これらの例で、電流流出源は、前者の場合は変電所106から遠隔地にあるレール部位101a、若しくはレール101自体であり、後者の場合は対極105aである。一方、流入対象物は、前者の場合は変電所106に近接したレール部位101bであり、後者の場合は防食対象の埋設管104(導電体)である。そして、本願にいう検討対象物とは、前者の場合、導電性埋設管103がこれに相当し、後者の場合、非防食状態にある導電性埋設管103がこれに当たる。   In these examples, the current outflow source is the rail portion 101a located far from the substation 106 in the former case or the rail 101 itself, and in the latter case is the counter electrode 105a. On the other hand, the inflow object is the rail portion 101b close to the substation 106 in the former case, and the buried pipe 104 (conductor) to be protected against corrosion in the latter case. In the former case, the object to be examined as referred to in this application corresponds to the conductive buried tube 103, and in the latter case, the conductive buried tube 103 in a non-corrosive state corresponds to this.

さて、腐食は、電流が媒質である例えば土壌内に流出する部位で発生するため、この位置の特定が必要となる。なお、電流の流入部は防食状態となる。   Now, since corrosion occurs at a site where the current flows into the medium, for example, into the soil, it is necessary to specify this position. In addition, the inflow part of an electric current will be in a corrosion prevention state.

この種の腐食部位の推定に係わる技術手法として、現場での実地測定からの推定、シミュレーションを使用した方法等が提案されている。
1 現場での実地測定から推定する方法
特許文献1には、埋設金属構造物の電位を測定し、電食原因となる可能性のある対象物の対地電位を基に埋設構造物の防食状態を判定する電食対策システムが提案されている。
As a technical technique related to the estimation of this type of corrosion site, estimation from on-site actual measurement, a method using simulation, and the like have been proposed.
1 Method of Estimating from On-Site Measurements In Patent Document 1, the potential of a buried metal structure is measured, and the anticorrosion state of the buried structure is determined based on the ground potential of the object that may cause electrical corrosion. An electric corrosion countermeasure system for judging has been proposed.

2 シミュレーションを使用する方法
特許文献2には、本願に係る発明者らにより、電位分布をラプラス方程式に従うラプラス場と見なして、被干渉対象物が前記被防食対象物に対して所定の電位状態にある境界条件を加味することによって、干渉問題の解決を行う方法を提案している。
2 Method of Using Simulation In Patent Document 2, the inventors of the present application regard the potential distribution as a Laplace field according to the Laplace equation, so that the object to be interfered has a predetermined potential state with respect to the object to be protected. We have proposed a method for solving the interference problem by taking certain boundary conditions into consideration.

特開2004−176103号公報JP 2004-176103 A 特開平11−160271号公報Japanese Patent Laid-Open No. 11-160271

しかしながら、各従来技術には以下のような問題がある。
1 特許文献1に記載の技術の問題点
この文献に記載の技術では、リアルタイムの把握が可能であるが、腐食状況の推定が可能な部位が、電位測定を行う点のみに限られるため、電位測定ができない箇所での把握が困難である。
However, each conventional technique has the following problems.
1 Problems of the technique described in Patent Document 1 In the technique described in this document, it is possible to grasp in real time, but the site where the corrosion state can be estimated is limited only to the point where the potential measurement is performed. It is difficult to grasp where measurement is not possible.

2 特許文献2に記載の技術の問題点
この文献に記載の技術では、大規模モデルを扱う場合には、すべての位置において一定値の電位差状態を与えることは、現状を良好に代表できるとは言いがたく、また、複数の種類の埋設管が存在する場合には、分極特性のシフト値として複数のパラメータが存在するため、シミュレーション計算において、収束が不安定となりやすい。
2. Problems of the technique described in Patent Document 2 In the technique described in this document, when a large-scale model is handled, giving a constant potential difference state at all positions is a good representative of the current situation. In addition, when there are a plurality of types of buried pipes, since there are a plurality of parameters as shift values of polarization characteristics, convergence tends to be unstable in the simulation calculation.

本発明の目的は、現場の状態を的確に反映し、検討対象物の状態を精度よく推定することができる解析手法を得ることにある。そして、その解析対象は、上述の漏れ電流によるもの、干渉によるものの両方に適用できるものを対象とする。   An object of the present invention is to obtain an analysis method that can accurately reflect the state of the site and accurately estimate the state of the object to be examined. The analysis target is the one applicable to both the above-described leakage current and interference.

上記目的を達成するための本発明に係る、電流流出源から媒質を介して流入対象物へ電流が流入する場内に検討対象物が存在する腐食環境の数値解析方法の特徴構成は、
前記検討対象物が除かれ、前記電流流出源から前記媒質を介して前記流入対象物へ電流が流入する基準モデルを構築し、前記基準モデルをラプラス方程式に従うラプラス場と見なして解析を実行する基準モデル解析工程と、
前記基準モデル解析工程で得られた前記基準モデルにおける電位分布から、前記検討対象物が存在する領域における電位分布を求める領域電位分布抽出工程と、
前記領域電位分布抽出工程により求められた電位分布と前記検討対象物の材料分極特性とに基づいて、前記検討対象物のみが場内に存在するとして解析を実行し、前記検討対象物の分極電位分布及び前記検討対象物からの媒質への電流の流出入分布を求める検討対象物解析工程とからなることにある。
In order to achieve the above object, according to the present invention, the characteristic configuration of the numerical analysis method of the corrosive environment in which the examination target exists in the field where the current flows from the current outflow source to the inflow target through the medium,
A reference model for constructing a reference model in which the examination object is removed and current flows from the current outflow source to the inflow object through the medium, and the analysis is performed by regarding the reference model as a Laplace field according to a Laplace equation The model analysis process;
A region potential distribution extraction step for obtaining a potential distribution in a region where the object to be examined exists from the potential distribution in the reference model obtained in the reference model analysis step;
Based on the potential distribution obtained by the region potential distribution extraction step and the material polarization characteristics of the examination object, an analysis is performed assuming that only the examination object exists in the field, and the polarization potential distribution of the examination object And a target object analyzing step for obtaining a current inflow / outflow distribution from the target object to the medium.

この手法にあっては、先ず、基準モデルに基づいた解析を行い解析対象の場全体の電位分布を求める。ここで求められる電位分布は、検討対象としている腐食環境における電位勾配を代表できる電位の分布である。即ち、等電位線に直交する状態で電位勾配が発生している場を扱うこととなる。
このモデルにあっては、電流流出源、流入対象物が特定されているため、その位置関係に基づいて電位分布を求めることができ、電流量は通常流れると推定される電流量を適宜使用することができる。また電流量は、電流流出源と流入対象物間の電圧とその間の抵抗によっても推定することができる。
In this method, first, an analysis based on a reference model is performed to obtain a potential distribution of the entire field to be analyzed. The potential distribution obtained here is a potential distribution that can represent a potential gradient in the corrosive environment under consideration. That is, a field where a potential gradient is generated in a state orthogonal to the equipotential line is handled.
In this model, since the current outflow source and the inflow target are specified, the potential distribution can be obtained based on the positional relationship, and the amount of current that is estimated to normally flow is appropriately used. be able to. The amount of current can also be estimated from the voltage between the current outflow source and the inflow object and the resistance between them.

さて、このようにして求まった場内の電位分布に基づき、前記基準モデルの解析では存在しないと仮定した検討対象物が実際には存在する領域の電位分布を領域電位分布抽出工程で抽出する(求める)。   Now, based on the potential distribution in the field obtained in this way, the potential distribution of the region where the object to be examined that actually does not exist in the analysis of the reference model is extracted in the region potential distribution extraction step (obtained). ).

そして検討対象物解析工程では、検討対象物のみを対象とし、基準モデルでの当該領域の電位分布と、その材料分極特性(例えば材料分極特性の実測値)を使用する。そして、検討対象物を、電流の流入及び流出が起こっている導電体として取り扱うことで、前記検討対象物の分極電位分布及び前記検討対象物からの媒質への電流の流出入分布を求めることができる。このとき、検討対象物の解析は、これが場内で、マクロセルを成すものとして解析を実行することで、検討対象物解析工程を実行できる。
結果、媒質内に電流流出源、流入対象物及び検討対象物が存在する場の解析を、検討対象物の存在にも係わらず、現状に適した状態で良好に行うことができる。
従って、先に説明した、漏れ電流による腐食、干渉による腐食を解析対象とすることができる。
In the examination object analysis step, only the examination object is targeted, and the potential distribution of the region in the reference model and its material polarization characteristics (for example, measured values of material polarization characteristics) are used. Then, by treating the object to be examined as a conductor in which an inflow and outflow of current occurs, the polarization potential distribution of the object to be examined and the current inflow / outflow distribution from the object to be examined to the medium can be obtained. it can. At this time, the analysis of the examination object can be performed by executing the analysis on the assumption that this constitutes a macro cell in the field.
As a result, it is possible to satisfactorily analyze the field where the current outflow source, the inflow target, and the examination target exist in the medium in a state suitable for the current situation regardless of the existence of the examination target.
Therefore, the above-described corrosion due to leakage current and corrosion due to interference can be analyzed.

上記解析を行おうとすると、その検討対象物が存在する位置での解析上の境界条件を設定するため、検討対象物の各部位(各々の部位が後述するセグメントに対応する)の材料分極特性が必要となる。この材料分極特性は、例えば、埋設管各部位の位置と、埋設管とその回りにある土壌との関係により決まるものであり、実際は、各位置における環境状態が異なるため、各部位は異なった材料分極特性を取る。
しかしながら、解析の度毎に、各部位(セグメント)の材料分極特性を測定していたのでは作業が煩雑となり、実用的でない。即ち、材料分極特性を測定しようとすると、各セグメントについて、電位と電流密度との関係を、例えば電位側を変えながら逐次測定する必要が生じるが、このような作業は煩雑である。この作業は、解析対象が土壌中に埋設された埋設管の場合、具体的には、プローブ(検討対象物である埋設管と同材質でできたテストピース)を土中に挿入し、当該埋設管と短絡して土壌となじませた後、埋設管と切り離し、プローブだけについて分極特性を測定する作業である。
When the above analysis is performed, since the boundary condition in the analysis at the position where the target object exists is set, the material polarization characteristics of each part of the target object (each part corresponds to a segment described later) Necessary. This material polarization characteristic is determined by, for example, the position of each part of the buried pipe and the relationship between the buried pipe and the surrounding soil, and in fact, each part has a different material because the environmental conditions at each position are different. Take polarization characteristics.
However, if the material polarization characteristics of each part (segment) are measured for each analysis, the operation becomes complicated and is not practical. That is, when the material polarization characteristics are to be measured, it is necessary to sequentially measure the relationship between the potential and the current density for each segment while changing the potential side, for example, but such work is complicated. In this work, when the analysis target is a buried pipe buried in the soil, specifically, a probe (a test piece made of the same material as the buried pipe that is the object of investigation) is inserted into the soil, and the buried pipe This is an operation to measure the polarization characteristics of only the probe after it is short-circuited with the tube and blended with the soil, then separated from the buried tube.

そこで、前記検討対象物の材料分極特性を設定するに、所定の材料分極特性を、前記検討対象物の各部位の自然電位に一致するように、各部位毎に電位軸方向にシフトさせることが好ましい。この自然電位を得る作業は、解析対象が土壌中に埋設された埋設管の場合、具体的には、上記の分極特性測定を除くプロセスを行った後、プローブだけの自然電位のみを測定し、その自然電位に一致するように所定の材料分極特性を電位軸方向にシフトさせる作業となる。また、現場の場合、実際の埋設管の自然電位を使用して、シフトさせることもできる。
ここで、所定の材料分極特性とは、予め用意しておく基準とする材料分極特性である。この種の基準とする材料分極特性は、例えば経験値を採用したり、予め、一度だけ各部位で材料分極特性を測定するとともに、基準とする自然電位に変換して平均化する(実測値を使用して、自然電位が基準とする自然電位となるように分極特性を電位軸方向にシフトさせ、シフト後の材料分極特性について、各電位毎に各電流密度を平均化する)ことにより得ることができる。
Therefore, in order to set the material polarization characteristics of the examination object, the predetermined material polarization characteristics may be shifted in the potential axis direction for each part so as to match the natural potential of each part of the examination object. preferable. The work to obtain this natural potential is, when the analysis target is an embedded pipe embedded in soil, specifically, after performing the process excluding the above-mentioned polarization characteristic measurement, only the natural potential of the probe is measured, This is an operation to shift a predetermined material polarization characteristic in the potential axis direction so as to coincide with the natural potential. Moreover, in the field, it can also be shifted using the natural potential of the actual buried pipe.
Here, the predetermined material polarization characteristic is a material polarization characteristic as a reference prepared in advance. For this kind of reference material polarization characteristics, for example, empirical values are adopted, or material polarization characteristics are measured once in advance at each site, and converted into a reference natural potential and averaged (actual values are measured). And by shifting the polarization characteristics in the direction of the potential axis so that the natural potential becomes the reference natural potential, and averaging the current density for each potential for the material polarization characteristics after the shift) Can do.

一方、各部位の自然電位に関しては、各部位について解析前に現場にて予め測定しておく。
そして、解析においては、各部位の材料分極特性として、上記所定の材料分極特性を、前記検討対象物の各部位の自然電位に一致するように、各部位毎に電位軸方向にシフトさせた材料分極特性を使用する。即ち、現場での材料分極特性の測定の代わりに自然電位の測定のみを実行し、この自然電位と予め求められている所定の材料分極特性を使用して各部位の材料分極特性を得、領域電位分布抽出工程により求められた電位分布を反映した解析分極特性を境界条件として、検討対象物解析工程の解析を行う。結果、現場作業としては、各位置での自然電位の測定だけを行い、本願に係る腐食環境の数値解析方法を使用することで、簡易に前記検討対象物の分極電位分布及び前記検討対象物からの媒質への電流の流出入分布を求めることができる。
On the other hand, the natural potential of each part is measured in advance on site before analysis for each part.
In the analysis, as the material polarization characteristic of each part, the above-mentioned predetermined material polarization characteristic is shifted in the potential axis direction for each part so as to coincide with the natural potential of each part of the object to be examined. Use polarization characteristics. That is, instead of measuring the material polarization characteristics in the field, only the measurement of the natural potential is performed, and the material polarization characteristics of each part are obtained by using this natural potential and the predetermined material polarization characteristics obtained in advance. The analysis object analysis process is analyzed using the analysis polarization characteristics reflecting the potential distribution obtained by the potential distribution extraction process as a boundary condition. As a result, as the field work, only the natural potential measurement at each position is performed, and by using the numerical analysis method of the corrosive environment according to the present application, the polarization potential distribution of the object to be examined and the object to be examined can be easily obtained. The distribution of current flowing into and out of the medium can be obtained.

さて、上記方法を採用するに、前記検討対象物解析工程において、
前記検討対象物を、電気的に接続された複数の解析セグメントからなる連続体と見なすとともに、前記領域電位分布抽出工程により求められた電位分布に基づいて、前記解析セグメントの位置に対応して、前記各解析セグメントそれぞれの解析分極特性を設定し、前記検討対象物の分極電位分布及び前記検討対象物からの媒質への電流の流出入分布を求めることができる。
Now, in adopting the above method, in the examination object analysis step,
Considering the examination object as a continuum consisting of a plurality of analysis segments electrically connected, and based on the potential distribution obtained by the region potential distribution extraction step, corresponding to the position of the analysis segment, The analysis polarization characteristics of each analysis segment can be set, and the polarization potential distribution of the examination object and the current inflow / outflow distribution from the examination object to the medium can be obtained.

本願における検討対象物解析工程にあっては、検討対象物の挙動の特定が問題となる。先にも示したように、本願では領域電位分布抽出工程で求められる、その領域の電位分布を使用する。一方、検討対象物を構成する材料は予め判明するため、これが、その近傍の媒質(例えば土壌)との関係で取りうる分極特性(本願にあっては、この分極特性を材料分極特性と呼んでいる)は判明又は測定することができる。   In the examination object analysis step in the present application, the identification of the behavior of the examination object becomes a problem. As previously indicated, in this application, the potential distribution of the region obtained in the region potential distribution extraction step is used. On the other hand, since the material constituting the object to be examined is known in advance, this is the polarization characteristic that can be taken in relation to the medium (for example, soil) in the vicinity thereof (in this application, this polarization characteristic is called the material polarization characteristic). Can be found or measured.

そこで、解析対象の場内における検討対象物の例えば電流分布を求めるのに、この対象物を解析セグメントに分割し、その解析セグメントの位置で別途求められている電位分布に従って、各解析セグメントの分極特性(本願にあっては、この分極特性を解析分極特性と呼ぶ)を設定する。例えば、各解析セグメントについて、材料分極特性に対して、求められている領域(土壌)の電位分布に従って、その電位差分だけ電位軸方法にシフトさせた分極特性を採用するのである。   Therefore, in order to obtain the current distribution of the object to be examined in the field to be analyzed, for example, the object is divided into analysis segments, and the polarization characteristics of each analysis segment are determined according to the potential distribution separately obtained at the position of the analysis segment. (In this application, this polarization characteristic is referred to as analytical polarization characteristic). For example, for each analysis segment, a polarization characteristic that is shifted to the potential axis method by the potential difference according to the potential distribution of the required region (soil) is adopted for the material polarization characteristics.

そして、シフトされた解析分極特性を、各々の解析セグメントに与える。それによって、各解析セグメントは、あたかも自然電位(電流の出入りのない電流ゼロのときの電位)がお互いに異なるように振る舞い、それらをショートとしてマクロセル解析を行うことができる。このようにして、検討対象物の分極電位分布及び検討対象物からの媒質への電流の流出入分布を求める。
この種の電流分布等の導出に際しては、上記の基準モデルとは逆に、電流流出源及び流入対象物が除かれ、検討対象物のみがある場を対象とし、この検討対象物のみが場内にある状態で、ラプラス場を解くことで、非線形な境界を構成する検討対象物の電流分布を求めることができる。この手法は、一般にマクロセル腐食の解析と呼ばれている。このようにすることで、検討対象物における電流分布が判明することで、腐食が問題となる電流流出部位を特定することができる。
Then, the shifted analysis polarization characteristic is given to each analysis segment. As a result, each analysis segment behaves as if the natural potential (potential when the current is zero with no current flowing in and out) differs from each other, and the macrocell analysis can be performed with these as short circuits. In this way, the polarization potential distribution of the examination object and the current inflow / outflow distribution from the examination object to the medium are obtained.
In deriving this type of current distribution, etc., the current source and inflow target are removed and only the object to be examined is included, and only this object to be examined is in the field, contrary to the above reference model. By solving the Laplace field in a certain state, it is possible to obtain the current distribution of the object to be studied that forms a nonlinear boundary. This method is generally called macrocell corrosion analysis. By doing in this way, the current outflow site where corrosion becomes a problem can be specified by identifying the current distribution in the object to be examined.

本願に係る腐食環境の数値解析方法は、先に示したように、基準モデル解析工程、領域電位分布抽出工程及び検討対象物解析工程からなる。
そして、腐食環境を、ラプラス方程式に従うラプラス場を解くことが可能なソルバーを使用して解析するのであるが、このソルバーとして、境界条件として、その境界を成す各要素に関して、要素毎に与えられる分極特性条件が満足されるようなラプラス解を得ることができるソルバーを使用する。
解析に際しては、先ず、基準モデル解析工程において、検討対象物がないとして、その領域における電位分布を求める。次に、領域電位分布抽出工程で抽出された電位分布を利用し、さらに、検討対象物を複数の解析セグメントからなるものと見なし、各解析セグメントの解析分極特性を決定する。
その後、検討対象物を、複数の解析セグメントからなり、各々が解析分極特性条件をみたすべき一種の境界を成すとしてマクロセル解析を行う。この様にすることで、検討対象物の分極電位分布及び前記検討対象物からの媒質への電流の流出入分布を求めることができる。
As described above, the numerical analysis method for the corrosive environment according to the present application includes the reference model analysis step, the region potential distribution extraction step, and the examination object analysis step.
Then, the corrosive environment is analyzed using a solver that can solve the Laplace field according to the Laplace equation. As this solver, as a boundary condition, the polarization given to each element with respect to each element constituting the boundary is analyzed. A solver that can obtain a Laplace solution that satisfies the characteristic conditions is used.
In the analysis, first, in the reference model analysis step, the potential distribution in the region is obtained assuming that there is no object to be examined. Next, the potential distribution extracted in the region potential distribution extraction step is used, and further, the object to be examined is considered to be composed of a plurality of analysis segments, and the analysis polarization characteristics of each analysis segment are determined.
Thereafter, the macro cell analysis is performed assuming that the object to be studied is composed of a plurality of analysis segments, each of which forms a kind of boundary that should satisfy the analysis polarization characteristic condition. By doing in this way, the polarization potential distribution of the object to be examined and the current inflow / outflow distribution from the object to be examined to the medium can be obtained.

さて、領域電位分布抽出工程で求められる電位分布を、解析分極特性の設定に使用するのに、解析手法上、例えば、境界要素法等を採用することにより、境界要素の数だけ離散化する等、離散化した分布値として求められる電位を関数化し、解析分極特性の決定に、この関数を使用してもよい。   Now, in order to use the potential distribution obtained in the region potential distribution extraction step for setting the analytical polarization characteristics, for example, the boundary element method is used to discretize by the number of boundary elements, etc. Alternatively, the electric potential obtained as a discretized distribution value may be converted into a function, and this function may be used to determine the analytical polarization characteristic.

この場合は、前記領域電位分布抽出工程により求められた電位分布に基づいて、前記解析セグメントの位置に対応して、前記各解析セグメントの解析分極特性を設定するに、前記検討対象物の材料分極特性に対して、前記領域電位分布抽出工程により求められた各解析セグメントの位置に基づいた関数として電位分布を設定し、前記材料分極特性を電位軸方向にシフトさせることとなる。   In this case, based on the potential distribution obtained by the region potential distribution extraction step, in order to set the analysis polarization characteristics of each analysis segment corresponding to the position of the analysis segment, the material polarization of the examination object For the characteristics, the potential distribution is set as a function based on the position of each analysis segment obtained by the region potential distribution extraction step, and the material polarization characteristics are shifted in the potential axis direction.

離散化された電位分布を使用することなく、一定の関係にある関数に基づいて電位分布を設定することで、基準モデル解析工程で使用する基準モデルにおける検討対象物の部位の領域分割状態と、検討対象物解析工程での検討対象物の分割状態とに差がある場合(基準モデル解析工程で使用する基準モデルでの分割数と、検討対象物解析工程で使用する解析セグメントの分割数に多寡がある場合)も、適切な解析が可能となる。   Without using the discretized potential distribution, by setting the potential distribution based on a function having a certain relationship, the region division state of the part of the object to be examined in the reference model used in the reference model analysis process, and When there is a difference between the division state of the examination object in the examination object analysis process (the number of divisions in the reference model used in the reference model analysis process and the division number of analysis segments used in the examination object analysis process vary widely) (If any) can also be analyzed appropriately.

本願の実施の形態を、以下図面を参照しながら説明する。
本願は、特定の腐食環境を対象として適用できる数値解析手法に関係する。
Embodiments of the present application will be described below with reference to the drawings.
The present application relates to a numerical analysis method that can be applied to a specific corrosive environment.

1 腐食環境の数値解析方法(シミュレーション)
この数値解析方法の説明に際しては、電流流出源である対極(電車に相当)から流入対象物である平板(変電所に相当)に電流を流して、その電流が、場内にある検討対象物である埋設管内を流れ、腐食を発生する電食問題を例にとって説明する。
1 Numerical analysis method of corrosive environment (simulation)
In the explanation of this numerical analysis method, a current is passed from a counter electrode (corresponding to a train) as a current outflow source to a flat plate (corresponding to a substation) as an inflow target, and the current is examined in the field. An explanation will be given by taking an example of an electrolytic corrosion problem that flows through a buried pipe and generates corrosion.

本願は、独特の数値解析方法を提案するものであるが、この数値解析方法の信頼性の確認のためモデル実験での検証を行った。そこで、この数値解析方法の説明にあっては、先ず、本願手法を適用する腐食環境に関して説明するとともに、本願に係る数値解析手法及び、その結果について説明する。   The present application proposes a unique numerical analysis method, and was verified by a model experiment to confirm the reliability of the numerical analysis method. Therefore, in describing the numerical analysis method, first, a corrosive environment to which the present technique is applied will be described, and a numerical analysis technique according to the present application and the result thereof will be described.

1−1 解析の対象とした腐食環境(モデル実験対象)
解析の対象を以下のような図2に示す腐食環境とした。
図2に示す水槽4(長辺 1500mm、短辺700mm、深さ120mm)の下部(図下側に位置する部位)に白金対極(電車に相当する電流流出源1)、水槽上部(図上側に位置する部位)にステンレス板(変電所に相当する流入対象物2)を設置し、水槽4内部に硫酸ナトリウム(比抵抗2520Ω・cm)水溶液が満たされ、白金対極1からステンレス板2に直流電流(30mA)を通電しているものとした。そして、この場内で、白金対極1の直裏側(紙面表裏方向の奥側で水槽の底部側)に、水槽短辺に平行に、深さ7cmの位置に鋼製丸棒(埋設管に相当する検討対象物3)が浸漬されているものとした。
1-1 Corrosion environment to be analyzed (target of model experiment)
The object of analysis was the corrosive environment shown in FIG.
A platinum counter electrode (current outflow source 1 corresponding to a train) and an upper part of the water tank (on the upper side of the figure) below the water tank 4 (long side 1500 mm, short side 700 mm, depth 120 mm) shown in FIG. A stainless steel plate (inflow object 2 corresponding to a substation) is installed in the location), and the water tank 4 is filled with an aqueous solution of sodium sulfate (specific resistance 2520 Ω · cm), and direct current flows from the platinum counter electrode 1 to the stainless steel plate 2. (30 mA) was energized. Then, in this place, a steel round bar (corresponding to a buried pipe) at a position of 7 cm in depth, parallel to the short side of the water tank, on the back side of the platinum counter electrode 1 (the back side in the direction of the paper and on the bottom side of the water tank) The object 3) to be examined was immersed.

この場は、白金対極は電食を与える原因となる電流流出源1、ステンレス板は電食の原因となる電流が流れ込む流入対象物2、鋼製丸棒は電食を受ける管となる。従って、この鋼製丸棒は、本願にいう検討対象物3であり、この検討対象物における電流の流出部の特定が解析の目標となる。   In this field, the platinum counter electrode is a current outflow source 1 that causes galvanic corrosion, the stainless steel plate is an inflow object 2 into which current that causes galvanic corrosion flows, and the steel round bar is a tube that receives galvanic corrosion. Therefore, this steel round bar is the object to be examined 3 referred to in the present application, and the identification of the current outflow portion in the object to be examined is an analysis target.

実験に使用した鋼製丸棒は、長さ5cm(Φ1cm)のテストピース12個から構成されており、各テストピース30から各々電流を測定するためのリード線(図示省略)を出し電流分布を測定可能な構成とした。この構成を採用することにより、テストピース30を流れる各々の電流が判明する。   The steel round bar used in the experiment is composed of 12 test pieces having a length of 5 cm (Φ1 cm). Lead wires (not shown) for measuring the current are output from each test piece 30 and the current distribution is measured. The configuration is measurable. By adopting this configuration, each current flowing through the test piece 30 is determined.

1−2 数値解析手法
本願で採用する場の数値解析では、従来同様、解析対象場の電位分布をラプラス方程式に従うラプラス場と見なし、この場に対応した数値解析モデルを構築するとともに、線形及び非線形な境界条件下でラプラス場を解くことが可能なソルバーを、構築される数値解析モデルに適用して、シミュレーション解析を行う。
但し、本願では、解析対象とする場において、前記検討対象物3を除いた場の解析を一旦実行し、その後、この解析で得られた検討対象物の配設領域の電位分布を利用して、この検討対象物3のみが場内に存在するラプラス場に関して数値解析をさらに行い、検討対象物3から媒質への電流の流出入分布を得る。
1-2 Numerical analysis method In the numerical analysis of the field used in the present application, the potential distribution of the field to be analyzed is regarded as a Laplace field according to the Laplace equation, and a numerical analysis model corresponding to this field is constructed, and linear and nonlinear as in the past. Simulation analysis is performed by applying a solver that can solve the Laplace field under various boundary conditions to the constructed numerical analysis model.
However, in the present application, in the field to be analyzed, analysis of the field excluding the examination object 3 is executed once, and then the potential distribution in the arrangement area of the examination object obtained in this analysis is used. Further, a numerical analysis is further performed on the Laplace field in which only the examination object 3 exists in the field, and an inflow / outflow distribution of current from the examination object 3 to the medium is obtained.

この種の線形・非線形な境界条件の下にラプラス場を数値的に解くには、数値解析法として境界要素法が適用できるが、このような手法を使用することができるソルバーは公知である。本例にあっては、ソルバーとして、「腐食解析システム 3D−Cafe」(みずほ情報総研社製)と同等の機能を有するプログラムを使用した。このソルバーは、腐食環境をラプラスの方程式に従うラプラス場として解析可能なソルバーであり、その境界条件の設定に関しては、境界を成す各要素に関して、定電流条件、定電位条件、あるいは、その要素の分極特性を条件とする分極特性条件の何れかを選択的に与えて、解析を行うことができる。   In order to solve the Laplace field numerically under this kind of linear / nonlinear boundary condition, the boundary element method can be applied as a numerical analysis method, but solvers that can use such a method are known. In this example, a program having a function equivalent to “Corrosion analysis system 3D-Café” (manufactured by Mizuho Information & Research Institute) was used as a solver. This solver is a solver that can analyze the corrosive environment as a Laplace field according to Laplace's equation. Regarding the setting of the boundary condition, the constant current condition, the constant potential condition, or the polarization of the element is defined for each element that forms the boundary. Analysis can be performed by selectively giving any one of the polarization characteristic conditions with the characteristic as a condition.

以下、数値解析の手順を、上記解析対象に適用する場合について工程順に説明する。
図3には、この数値解析のフローを示した。
イ 基準モデル解析工程
解析対象となる場に関して、白金対極(電流流出源1)、ステンレス板(流入対象物2)が硫酸ナトリウム水溶液(媒質5)内にある状態の数値解析モデルを、各部材1,2、5の位置関係、及び媒質5の比抵抗が代表されるように構築する(ステップ1)。この数値解析モデルにおいては、検討対象物3をモデル内には備えず、媒質5が一様に分布しているものとする。但し、比抵抗分布が不均一の場合も境界条件の設定により解析は可能である。このモデルを本願にあっては基準モデルと称する。この基準モデルの構成を図2に対応して示したのが図4である。
この基準モデルにおいて、電流流出源1から媒質5内を介して流入対象物2に所定の電流が流れるとの条件の下、場内の電位分布を求める(ステップ2)。電流量としては、30mAを適用する。この様にして求められた電位分布を図5に示した。電流流出源1から流入対象物2に向かってラプラス方程式を満たす電位分布(抵抗を持った水溶液中を流れる電流による電圧降下(IRドロップ)による電位分布が発生している。これが起電力の要因となる)が形成されていることがわかる。
Hereinafter, the case of applying the numerical analysis procedure to the analysis target will be described in the order of steps.
FIG. 3 shows the flow of this numerical analysis.
(B) Standard model analysis process For each field to be analyzed, a numerical analysis model in which the platinum counter electrode (current outflow source 1) and the stainless steel plate (inflow target 2) are in the sodium sulfate aqueous solution (medium 5) , 2, and 5 and the specific resistance of the medium 5 are represented (step 1). In this numerical analysis model, it is assumed that the examination object 3 is not included in the model, and the medium 5 is uniformly distributed. However, even if the specific resistance distribution is not uniform, analysis can be performed by setting boundary conditions. This model is referred to as a reference model in the present application. FIG. 4 shows the configuration of this reference model corresponding to FIG.
In this reference model, the potential distribution in the field is obtained under the condition that a predetermined current flows from the current outflow source 1 through the medium 5 to the inflow target 2 (step 2). As the amount of current, 30 mA is applied. The potential distribution thus obtained is shown in FIG. A potential distribution (a potential distribution due to a voltage drop (IR drop) due to a current flowing in an aqueous solution having resistance) that satisfies the Laplace equation from the current source 1 toward the target 2 is generated. It can be seen that is formed.

ロ 領域電位分布抽出工程
基準モデル解析工程で得られた基準モデルにおける電位分布から、検討対象物3が存在する領域における電位分布を求める(ステップ3)。図6に水槽4内における検討対象物3の位置関係を示した。同図は、この検討対象物3が図左側から60個の解析セグメント300に分割されていることを示している。
上記基準モデル解析工程で得られた電位分布から、検討対象物3の位置において、60個の離散値として求められる電位分布と、この分布を関数化処理したものを示したのが図7である。同図に示すように、電流流出源である対極1が存在する距離0.07mの近傍位置に電位のピークが存在し、離間するに従って、電位は低下(電流と溶液抵抗による電圧降下、即ち、IRdropによる降下分だけ低下)している。
(B) Region potential distribution extraction step From the potential distribution in the reference model obtained in the reference model analysis step, the potential distribution in the region where the object 3 is present is obtained (step 3). FIG. 6 shows the positional relationship of the examination object 3 in the water tank 4. This figure shows that this examination object 3 is divided into 60 analysis segments 300 from the left side of the figure.
FIG. 7 shows the potential distribution obtained as 60 discrete values at the position of the object 3 to be examined from the potential distribution obtained in the reference model analysis step, and a function obtained by functionalizing this distribution. . As shown in the figure, a potential peak exists at a position near a distance of 0.07 m where the counter electrode 1 which is a current outflow source exists, and as the distance increases, the potential decreases (voltage drop due to current and solution resistance, that is, It is reduced by the drop due to IRdrop).

ハ 検討対象物解析工程
領域電位分布抽出工程により求められた電位分布と、検討対象物3の材料分極特性とに基づいて、検討対象物3を流れる電流分布を求める(ステップ4)。この材料分極特性の一例を図8に実線の分極曲線(本溶液中における鋼の分極特性の実測値)として示した。この分極曲線は、図上右側で二つに分岐しているが、電流密度を対数座標で表記しているためであり、電位が自然電位より高い状態においては上側の分岐線で電位と流出電流密度との関係は表され、電位が自然電位より低い状態においては下側の分岐線で電位と流入電流密度との関係は表される。
この検討対象物解析工程において、検討対象物3を、解析セグメント300からなる連続体と見なすとともに、領域電位分布抽出工程により求められた電位分布に基づいて、解析セグメント300の位置に対応して各解析セグメントに電位差を与え、それを基に各解析セグメント300の解析分極特性を設定し、その後、それらを全て電気的に接続してマクロセル解析を行い、検討対象物3からの媒質への電流の流出入分布を求める。ここで、解析分極特性とは、解析対象となっている場において、各々単独で存在する時の各解析セグメント間の相互の電位差をも考慮した分極特性である。
(C) Study object analysis step Based on the potential distribution obtained by the region potential distribution extraction step and the material polarization characteristics of the study object 3, the current distribution flowing through the study object 3 is obtained (step 4). An example of this material polarization characteristic is shown in FIG. 8 as a solid line polarization curve (actual measurement value of the polarization characteristic of steel in this solution). This polarization curve is bifurcated into two on the right side of the figure. This is because the current density is expressed in logarithmic coordinates. When the potential is higher than the natural potential, the upper branch line shows the potential and the outflow current. The relationship with the density is expressed. When the potential is lower than the natural potential, the relationship between the potential and the inflow current density is expressed with the lower branch line.
In this examination object analysis step, the examination object 3 is regarded as a continuum composed of the analysis segments 300, and each of the analysis objects 300 corresponds to the position of the analysis segment 300 based on the potential distribution obtained by the region potential distribution extraction process. A potential difference is given to the analysis segment, and the analysis polarization characteristics of each analysis segment 300 are set based on the potential difference. After that, all of them are electrically connected to perform macrocell analysis, and the current from the object to be examined 3 to the medium is analyzed. Find outflow distribution. Here, the analytical polarization characteristic is a polarization characteristic that also takes into consideration the mutual potential difference between the analysis segments when each exists independently in the field to be analyzed.

この検討対象物解析工程における処理フローを図9に示した。
この解析工程にあっては、検討対象物3を構成する解析セグメント300の分極特性(材料分極特性)、検討対象物3が存在する領域の電位分布(領域電位分布)及び、検討対象物3を構成する解析セグメント300それぞれの位置及び電気的接続関係が取り込まれる(ステップ4−1a,4−1b,4−1c)。
FIG. 9 shows a processing flow in this examination object analysis process.
In this analysis step, the polarization characteristics (material polarization characteristics) of the analysis segment 300 constituting the examination object 3, the potential distribution of the area where the examination object 3 exists (area potential distribution), and the examination object 3 are The position and electrical connection relationship of each analysis segment 300 to be configured are captured (steps 4-1a, 4-1b, 4-1c).

そして、これら取り込まれたデータを利用して、各解析セグメント300の分極特性を解析分極特性として求める(ステップ4−2)。この解析分極特性は、具体的には、図8に実線で示すような材料分極特性に対して、領域電位分布抽出工程により求められた各解析セグメントの位置の電位分布に基づいて、その電位差分だけ電位軸方向に材料分極特性をシフトさせて求めることができる。図8に破線で、この解析分極特性を示し、そのシフト量をsで示した。なお、溶液中を流れる電流の向きに対して、上流側にある解析セグメントは、下流にある解析セグメントよりも、領域電位抽出工程で求められた電位が高いので高電位側にシフトする。どの解析セグメントを基準としても、電流分布の結果は同じとなる。ここで問題となるのは、解析セグメント間の電位差のみである。ここで、同一分極特性をシフトさせているが、このセグメントの近傍で個々に実測した分極特性をシフトさせてもよい(後に示す図15〜図22で説明する例では、各セグメントの位置の自然電位を考慮した解析を行っている)。
同図に示す解析分極特性は単一であるが、実際の解析においては、解析セグメント300の数(60個)だけ、解析分極特性が設定される。
Then, using these captured data, the polarization characteristics of each analysis segment 300 are obtained as analysis polarization characteristics (step 4-2). Specifically, this analytical polarization characteristic is based on the potential distribution at the position of each analysis segment obtained by the region potential distribution extraction step with respect to the material polarization characteristic as shown by the solid line in FIG. It can be obtained by shifting the material polarization characteristics only in the potential axis direction. In FIG. 8, this analytical polarization characteristic is indicated by a broken line, and the shift amount is indicated by s. Note that the analysis segment on the upstream side shifts to the high potential side with respect to the direction of the current flowing in the solution because the potential obtained in the region potential extraction step is higher than the analysis segment on the downstream side. Regardless of the analysis segment, the current distribution results are the same. The only problem here is the potential difference between the analysis segments. Here, although the same polarization characteristics are shifted, the polarization characteristics individually measured in the vicinity of this segment may be shifted (in the example described later with reference to FIGS. 15 to 22, the position of each segment is Analyzes taking into account potential).
Although the analytic polarization characteristics shown in the figure are single, in the actual analysis, the analytic polarization characteristics are set by the number of analysis segments 300 (60).

このシフト操作においては、図7に各点で示すように離散化された電位値として求まる実際の値を使用しても良いし、図7に連続線として示すように、領域電位分布抽出工程により求められた各解析セグメント300の位置に基づいた関数として領域における電位分布を設定し、材料分極特性をシフトさせることもできる。   In this shift operation, an actual value obtained as a discretized potential value as shown by each point in FIG. 7 may be used, or as shown by a continuous line in FIG. It is also possible to set the potential distribution in the region as a function based on the obtained position of each analysis segment 300 to shift the material polarization characteristics.

以上のようにして、検討対象物3を一体として成す各解析セグメント300の分極特性を、シフト済み状態で得る。そして、検討対象物3のみが場内にあるラプラス場に関して、検討対象物3を境界として、数値解析を実行する。この時、各解析セグメント300のシフト済み分極特性(解析分極特性)が、各解析セグメント300の位置において、その部位における非線形の境界条件となる。その後、解析においては、実質的に検討対象物3を全て電気的にショートされたものとして取り扱い、この境界に於ける電流の流入・流出量が均衡するように解析して電流分布を求める(ステップ4−4)。このマクロセル解析においては、検討対象物3のみが、先に解析の対象とした場内にあるとして(図6の構造)、非線形の境界条件を取り扱うことができるラプラス場を対象とするソルバーを使用する(このソルバーは先の基準モデル解析工程で使用したものと、同一のものである。)。即ち、解析の条件が異なり、この解析は、電流流出源、流入対象物は除かれ、解析セグメント化され、夫々解析分極特性が固定化された解析セグメントからなる境界を有するラプラス場での解析となる(この解析は、検討対象物に関してマクロセルの解析と呼ばれる)。このようにして、検討対象物3内の電流分布を求めることができ、その結果は出力される(ステップ4−5)。   As described above, the polarization characteristic of each analysis segment 300 that integrally forms the examination object 3 is obtained in a shifted state. Then, with respect to the Laplace field in which only the examination object 3 is in the field, numerical analysis is executed with the examination object 3 as a boundary. At this time, the shifted polarization characteristic (analysis polarization characteristic) of each analysis segment 300 becomes a non-linear boundary condition at that portion at the position of each analysis segment 300. Thereafter, in the analysis, substantially all the object 3 to be examined is treated as being electrically short-circuited, and the current distribution is obtained by analyzing the current inflow and outflow amounts at this boundary (step). 4-4). In this macrocell analysis, a solver for a Laplace field that can handle nonlinear boundary conditions is used, assuming that only the object to be examined 3 is in the field that was previously analyzed (structure in FIG. 6). (This solver is the same as that used in the previous reference model analysis step.) In other words, the analysis conditions are different, and this analysis is performed in a Laplace field having boundaries consisting of analysis segments in which the current outflow source and the inflow target are removed, the analysis segments are divided, and the analysis polarization characteristics are fixed. (This analysis is called macrocell analysis for the object under consideration). In this way, the current distribution in the examination object 3 can be obtained, and the result is output (step 4-5).

1−3 本願に係る数値解析の有効性
1−1で示したモデル実験の腐食環境において、検討対象物3である鋼製丸棒内における電流分布の実測値を図10に〇で示し、本願に係る数値解析手法に従った解析結果を同図に◇で示した(電流の流入をマイナス、流出をプラスとして表した)。この解析結果は、同図において、近接する5点毎の平均値として表示している。両者の結果は良く一致している。従って、本願に係る数値解析手法が有効であることが判る。
1-3 Effectiveness of Numerical Analysis According to the Present Application In the corrosive environment of the model experiment shown in 1-1, the measured value of the current distribution in the steel round bar that is the object to be examined 3 is indicated by a circle in FIG. The result of numerical analysis according to the numerical analysis method is indicated by ◇ in the figure (current inflow is expressed as negative and outflow as positive). This analysis result is displayed as an average value for every five adjacent points in FIG. Both results are in good agreement. Therefore, it can be seen that the numerical analysis method according to the present application is effective.

以上が、本願に係る腐食環境の数値解析方法に関する説明であるが、さらに、複雑な腐食環境での解析に関して説明する。
以下、この解析の処理フローを図11に示した。さらに、図12に、この処理フローに対応する処理状態を図面で示した。
The above is the description regarding the numerical analysis method of the corrosive environment according to the present application, and further, the analysis in a complicated corrosive environment will be described.
The processing flow of this analysis is shown in FIG. Further, FIG. 12 shows a processing state corresponding to this processing flow.

2−1 解析の対象とした腐食環境
図13に、解析対象としたモデル実験の状態を示した。図2に示す例に対して、さらに複雑な形状の鋼製丸棒13を対象とした。
図13(a)に示すように、水槽14(長辺1500mm、短辺700mm、深さ120mm)内に、2190Ω・cmの硫酸ナトリウム水溶液を満たし、検討対象物3は、比較的複雑な鋼製丸棒13を使用した。この鋼製丸棒13は34個のテストピース30(長さ5cm、直径Φ1cm)を電気的にショートしたものである。
この例の場合の電流流出源1は、図13(a)に示すテストピース10の直上に配設した。流入対象物2は同図右端にあるとした。さらに、場を流れる電流量は30mAとした。
この腐食環境で発生する、鋼製丸棒13内の電流分布を実測したのが、図13(b)である(電流の流入をマイナス、流出をプラスとして表した)。
2-1 Corrosive environment subject to analysis FIG. 13 shows the state of a model experiment targeted for analysis. For the example shown in FIG. 2, a steel round bar 13 having a more complicated shape was used.
As shown in FIG. 13 (a), 2190 Ω · cm sodium sulfate aqueous solution is filled in the water tank 14 (long side 1500 mm, short side 700 mm, depth 120 mm), and the object 3 to be examined is made of relatively complex steel. A round bar 13 was used. This steel round bar 13 is obtained by electrically shorting 34 test pieces 30 (length 5 cm, diameter Φ1 cm).
The current outflow source 1 in this example was disposed immediately above the test piece 10 shown in FIG. The inflow object 2 is assumed to be at the right end of the figure. Furthermore, the amount of current flowing through the field was 30 mA.
FIG. 13B shows the current distribution in the steel round bar 13 generated in this corrosive environment (current inflow is expressed as negative and outflow is expressed as positive).

2−2 数値計算
数値計算に際しては、図11に示す、以下の手順で行った。
2−2−1 前提
検討対象物の位置等の条件(ステップ11)、検討対象物3の分極特性、及び検討対象物3周りの媒質(水溶液)の比抵抗を予め得ておく(ステップ12)。
2-2 Numerical Calculation The numerical calculation was performed according to the following procedure shown in FIG.
2-2-1 Preconditions The conditions such as the position of the examination object (step 11), the polarization characteristics of the examination object 3, and the specific resistance of the medium (aqueous solution) around the examination object 3 are obtained in advance (step 12). .

2−2−2 数値解析(シミュレーション)
上記モデル実験において判明している条件を基に、その数値解析モデルを構築する。
この時、本願にあっては、先に説明した数値解析方法を使用するため、検討対象物3を除いたモデル(先に説明した基準モデル)を用意する。このモデルの状態を図12(a)に示した。
そして、図12(b)に示すように場を形成する媒質の比抵抗を測定工程で測定された比抵抗に設定する(ステップ14)。
以上の準備を終えた後、先に数値解析において説明したように、基準モデル解析工程、領域電位分布抽出工程、検討対象物解析工程を経て、電流流出源1の位置、流入対象物2の位置、さらに電流量に対して、それら条件を満たす電位分布を求めるとともに、検討対象物3から媒質への電流の流出入分布を求める(ステップ15〜17)。
2-2-2 Numerical analysis (simulation)
Based on the conditions found in the model experiment, a numerical analysis model is constructed.
At this time, in the present application, since the numerical analysis method described above is used, a model (reference model described above) excluding the examination object 3 is prepared. The state of this model is shown in FIG.
Then, as shown in FIG. 12B, the specific resistance of the medium forming the field is set to the specific resistance measured in the measurement process (step 14).
After completing the above preparation, as described above in the numerical analysis, the position of the current outflow source 1 and the position of the inflow target 2 are obtained through the reference model analysis step, the region potential distribution extraction step, and the examination target analysis step. Further, a potential distribution satisfying these conditions is obtained for the current amount, and an inflow / outflow distribution of the current from the examination object 3 to the medium is obtained (steps 15 to 17).

この解析に際しては、これまで説明してきたように、基準モデルを使用した電位分布の導出(ステップ15)、検討対象物3が存在する領域での電位分布の抽出及びそれに基づいた、検討対象物3を構成する各解析セグメント300の解析分極特性の決定(ステップ16)、各解析セグメント300に設定された解析分極特性を使用しての電流分布の導出(ステップ17)を実行する。電位分布の導出状態を模式的に図12(c)に、電流分布の導出状態を模式的に図12(d)に示した。   In this analysis, as described above, derivation of the potential distribution using the reference model (step 15), extraction of the potential distribution in the region where the examination object 3 exists, and the examination object 3 based on the extraction. Are determined (step 16), and current distribution is derived using the analysis polarization characteristics set in each analysis segment 300 (step 17). The derivation state of the potential distribution is schematically shown in FIG. 12C, and the derivation state of the current distribution is schematically shown in FIG.

図14(b)に具体的に示したのが、このようにして解析的に求められた場内の電位分布であり、図14(c)に具体的に示したのが、このようにして解析的に求められた各解析セグメント300の電流分布である。図(c)において、横軸は解析セグメントの各番号を、縦軸は電流量を示している。   FIG. 14B specifically shows the potential distribution in the field thus obtained analytically, and FIG. 14C specifically shows the analysis of the potential. It is the current distribution of each analysis segment 300 which was calculated | required automatically. In FIG. 3C, the horizontal axis represents each analysis segment number, and the vertical axis represents the amount of current.

2−2−3 比較結果
モデル実験結果である図13(b)の結果と、数値解析結果である図14(c)の結果は、よく一致していた。
2-2-3 Comparison Result The result of FIG. 13B, which is a model experiment result, and the result of FIG. 14C, which is a numerical analysis result, are in good agreement.

検討対象物の材料分極特性を単一として解析を進める例を示したが、材料分極特性が位置と環境に依存して変化している場合、その位置での材料分極特性を実測し、それぞれ使用することとなる。しかしながら、実際の埋設腐食環境の場合、検討対象物の各部位の位置、(例えば埋設管の場合、埋設管各部位の位置)によって、その自然電位が異なるとともに、各部位の材料分極特性も当然に異なる。一方、先にも示したように、自然電位の測定は容易ではあるが、各部位に関して、全て材料分極特性を測定することは煩雑である。
そこで、以下、各部位の自然電位のみを測定し、その結果を利用して本願の解析に適用する場合の例に関して説明する。
この例に関し、図15に、図13を模擬して管を埋設した埋設腐食環境のモデル実験の状況を示す。
図中には、実際に材料分極特性を測定した15箇所の位置を○印で示している。代表例として、図16、図17に、各々A地点とB地点における材料分極特性の実測値を示した。また、以下の表1には、15地点の自然電位の一覧を示す。左欄が各測定地点(A〜O:これまで説明してきた各部位に相当する)を、右欄が各地点の自然電位を示す。なお、この例では、流入対象物2を▲の位置に固定し、電流流出源1の位置を破線に沿って10箇所程度、適当に移動させて流出電流の測定を行った。
An example was shown in which the material polarization characteristics of the object to be examined were single, and the analysis was advanced. However, if the material polarization characteristics change depending on the position and environment, the material polarization characteristics at that position are measured and used. Will be. However, in an actual buried corrosive environment, the natural potential differs depending on the position of each part of the object to be examined (for example, in the case of an buried pipe, the position of each part of the buried pipe), and the material polarization characteristics of each part are naturally Different. On the other hand, as described above, it is easy to measure the natural potential, but it is complicated to measure the material polarization characteristics for each part.
Therefore, hereinafter, an example in which only the natural potential of each part is measured and applied to the analysis of the present application using the result will be described.
With respect to this example, FIG. 15 shows the state of a model experiment of an embedded corrosive environment in which a pipe is embedded by simulating FIG.
In the figure, the 15 positions where the material polarization characteristics were actually measured are indicated by ◯ marks. As representative examples, FIGS. 16 and 17 show measured values of material polarization characteristics at points A and B, respectively. Table 1 below shows a list of natural potentials at 15 points. The left column shows each measurement point (A to O: corresponding to each part described so far), and the right column shows the natural potential at each point. In this example, the inflow object 2 was fixed at the position ▲, and the position of the current outflow source 1 was appropriately moved about 10 locations along the broken line to measure the outflow current.

Figure 2007017433
Figure 2007017433

本解析では、埋設管を成す金属の分極特性(所定の材料分極特性に相当)を図18のように仮定し、図18の材料分極特性を、検討対象である埋設管の自然電位(表1を参照)に一致するように、各部位(地点)ごとに電位軸方向にシフトさせて材料分極特性を設定した。代表例として、図18の材料分極特性をA地点の自然電位(−747mV)に一致するようにシフトした結果を図19に、同様に図18の分極特性をB地点の自然電位(−493mV)に一致するようにシフトした結果を図20に示す。なお、これら材料分極特性を使用して解析を行う実際の解析では、塗覆装の影響を考慮して、全ての材料分極特性の電流密度の値を一例として1/200に補正した。   In this analysis, the polarization characteristics (corresponding to the predetermined material polarization characteristics) of the metal forming the buried pipe are assumed as shown in FIG. 18, and the material polarization characteristics shown in FIG. The material polarization characteristics were set by shifting in the direction of the potential axis for each part (point) so as to coincide with each other. As a representative example, the result of shifting the material polarization characteristics of FIG. 18 so as to coincide with the natural potential (−747 mV) at the point A is shown in FIG. 19, and the polarization characteristics of FIG. 18 are similarly converted to the natural potential (−493 mV) at the point B. FIG. 20 shows the result of shifting so as to coincide with. In the actual analysis using these material polarization characteristics, the current density values of all the material polarization characteristics were corrected to 1/200 as an example in consideration of the effect of coating.

数値計算に際しては、図11に示す2−2−1及び2−2−2と同様の手順で実施した。この解析では、先に説明した自然電位を考慮した材料分極特性を使用するとともに、上述の電流密度の補正も行った。そして、自然電位が測定可能な地点に対して、その近傍に測定不可能な地点がある場合は、測定可能な地点からの距離を参考に、測定不可能な地点での自然電位に関しても、これを推定して設定するものとした。本願の解析方法を使用して得た結果と実測値(プローブを土中に挿入し、管と短絡して、プローブと管との間に流れる電流を測定)とを比較した。
比較結果として、図21に、流出電流の実測値を横軸、図18の材料分極特性を先に説明した本願手法に従って使用し流出電流を得た解析結果を縦軸にしてプロットしたグラフを示す。なお、実測値と解析結果の比較は、図15に示すA,B,C,E,F,G,H,I,Mの9点で行った。プロットの分布が右上がりとなっており、実測値と解析結果が定性的に一致していることが分かる。なお参考までに、15箇所の位置で実測された材料分極特性を全て使用して同様の解析を行った結果を図22に示すが、図21とほぼ同様の傾向にあることが分かる。
The numerical calculation was performed in the same procedure as 2-2-1 and 2-2-2 shown in FIG. In this analysis, the material polarization characteristics considering the natural potential described above were used, and the above-described current density was also corrected. If there is a point that cannot be measured in the vicinity of a point where the self-potential can be measured, refer to the distance from the point where the self-potential can be measured. Was estimated and set. The results obtained using the analysis method of the present application were compared with the actual measurement values (the probe was inserted into the soil, short-circuited with the tube, and the current flowing between the probe and the tube was measured).
As a comparison result, FIG. 21 shows a graph in which the measured value of the outflow current is plotted on the horizontal axis, and the analysis result obtained by using the material polarization characteristics of FIG. . Note that the comparison between the actual measurement value and the analysis result was performed at nine points A, B, C, E, F, G, H, I, and M shown in FIG. The distribution of the plots goes up to the right, showing that the measured values and the analysis results are qualitatively consistent. For reference, FIG. 22 shows the result of performing the same analysis using all the material polarization characteristics actually measured at 15 positions. It can be seen that the tendency is almost the same as FIG.

〔別実施の形態〕
(a) 上記の実施の形態にあっては、電食を問題としたが、電食以外の干渉の問題も取り扱うことができる。
(b) 上記の実施の形態にあっては、材料分極特性として、予め得られている材料分極特性を使用したり、各部位について自然電位を考慮した材料分極特性を使用したりしたが、測定不可能な位置の材料分極特性としては、位置に依存した内挿若しくは外挿を実行して決定することができる。
この様にすると、位置が異なる場合、分極特性の形状が変化することを想定し、有限の場所で測定された分極特性を利用した解析が可能となる。
さらに、分極特性は、図8に示すような電流密度と電位の関係図表として与えても良いし、これら電気化学的関係数表等として記憶させておき、その関係数表として、与えてもよい。
(c) 上記の実施の形態にあっては、検討対象物に関して、その電流分布を求める例を示したが、対象物内における分極電位分布を求めるものとしてもよい。
なお、電流分布から鋼管の分極電位分布へ換算する場合、材料分極特性(解析分極特性ではない)を用いて、電流から電位に変換し分極電位を得ることとなる。
[Another embodiment]
(A) In the above embodiment, electric corrosion is a problem, but interference problems other than electric corrosion can also be handled.
(B) In the above embodiment, the material polarization characteristics obtained in advance are used as the material polarization characteristics, or the material polarization characteristics in consideration of the natural potential are used for each part. The material polarization characteristic at an impossible position can be determined by performing position-dependent interpolation or extrapolation.
In this way, assuming that the shape of the polarization characteristic changes when the positions are different, an analysis using the polarization characteristic measured in a finite place becomes possible.
Further, the polarization characteristics may be given as a relationship diagram between current density and potential as shown in FIG. 8, or may be stored as an electrochemical relationship number table or the like and given as the relationship number table. .
(C) In the above-described embodiment, an example in which the current distribution is obtained for the object to be examined has been described. However, the polarization potential distribution in the object may be obtained.
When the current distribution is converted into the polarization potential distribution of the steel pipe, the polarization potential is obtained by converting the current into the potential using the material polarization characteristics (not the analysis polarization characteristics).

現場の状態を的確に反映し、電食検討対象物の腐食状態を精度よく推定することができる解析手法を得ることができた。   An analysis method that accurately reflects the state of the site and can accurately estimate the corrosion state of the object subject to electrical corrosion investigation was obtained.

本願に係る解析対象となる電食の発生原因の説明図Explanatory diagram of the cause of the occurrence of electrolytic corrosion subject to analysis according to the present application 実験例の電食場の構成を示す図Diagram showing the configuration of the electric erosion field in the experimental example 本願に係る数値解析方法の概略フローを示す図The figure which shows the general | schematic flow of the numerical analysis method which concerns on this application 基準モデルの構成を示す図Diagram showing the configuration of the reference model 基準モデル解析工程により得られた溶液中の電位分布を示す図Diagram showing potential distribution in solution obtained by reference model analysis process 検討対象物の分割構成を示す図Diagram showing the division structure of the object to be examined 検討対象物における溶液中の電位分布の解析結果を示す図Figure showing the analysis result of potential distribution in the solution of the target 検討対象物の材料分極特性及び解析分極特性を示す図Diagram showing material polarization characteristics and analytical polarization characteristics of the object under study 本願に係る検討対象物解析工程のフローを示す図The figure which shows the flow of the examination object analysis process which relates to this application 実測値と数値解析結果を示す図Diagram showing measured values and numerical analysis results 別モデル実験例の解析フローを示す図Diagram showing the analysis flow of another model experiment example 別モデル実験例の解析の実行手順の説明図Explanatory diagram of execution procedure for analysis of another model experiment example 別モデル実験例の電食場の構成及び電流分布の実測値を示す図The figure which shows the actual value of composition of the electric corrosion field of another model experiment example, and current distribution 図13に示す実験例の解析結果を示す図The figure which shows the analysis result of the experiment example shown in FIG. 埋設腐食環境のモデル実験の状態を示す図The figure which shows the state of the model experiment of buried corrosive environment A地点の材料分極特性の実側値を示す図The figure which shows the actual value of the material polarization characteristic of point A B地点の材料分極特性の実測値を示す図The figure which shows the actual measurement value of the material polarization characteristic of B point 仮定した材料分極特性を示す図Diagram showing assumed material polarization characteristics 図18の材料分極特性からシフトして求めたA地点の材料分極特性を示す図The figure which shows the material polarization characteristic of A point calculated | required by shifting from the material polarization characteristic of FIG. 図18の材料分極特性からシフトして求めたB地点の材料分極特性を示す図The figure which shows the material polarization characteristic of the B point calculated | required by shifting from the material polarization characteristic of FIG. 図18の材料分極特性からシフトして求めた各地点の材料分極特性を使用した場合の流出電流の実測値と解析結果との関係を示す図The figure which shows the relationship between the measured value of the outflow current at the time of using the material polarization characteristic of each point calculated | required by shifting from the material polarization characteristic of FIG. 18, and an analysis result 各地点の材料分極特性実測値を使用した場合の流出電流の実測値と解析結果との関係を示す図Diagram showing the relationship between the measured value of the outflow current and the analysis result when the measured material polarization characteristics at each point are used

符号の説明Explanation of symbols

1:電流流出源
2:流入対象物
3:検討対象物
1: Current outflow source 2: Inflow target 3: Investigation target

Claims (7)

電流流出源から媒質を介して流入対象物へ電流が流入する場内に検討対象物が存在する腐食環境の数値解析方法であって、
前記検討対象物が除かれ、前記電流流出源から前記媒質を介して前記流入対象物へ電流が流入する基準モデルを構築し、前記基準モデルをラプラス方程式に従うラプラス場と見なして解析を実行する基準モデル解析工程と、
前記基準モデル解析工程で得られた前記基準モデルにおける電位分布から、前記検討対象物が存在する領域における電位分布を求める領域電位分布抽出工程と、
前記領域電位分布抽出工程により求められた電位分布と前記検討対象物の材料分極特性とに基づいて、前記検討対象物のみが場内に存在するとして解析を実行し、前記検討対象物の分極電位分布及び前記検討対象物からの媒質への電流の流出入分布を求める検討対象物解析工程とからなる腐食環境の数値解析方法。
A numerical analysis method for a corrosive environment in which a target object is present in a field where current flows from a current source to a target object through a medium,
A reference model for constructing a reference model in which the examination object is removed and current flows from the current outflow source to the inflow object through the medium, and the analysis is performed by regarding the reference model as a Laplace field according to a Laplace equation The model analysis process;
A region potential distribution extraction step for obtaining a potential distribution in a region where the object to be examined exists from the potential distribution in the reference model obtained in the reference model analysis step;
Based on the potential distribution obtained by the region potential distribution extraction step and the material polarization characteristics of the examination object, an analysis is performed assuming that only the examination object exists in the field, and the polarization potential distribution of the examination object And a numerical analysis method for a corrosive environment, comprising: a target object analysis step for obtaining an inflow / outflow distribution of current from the target object to the medium.
前記検討対象物の材料分極特性を設定するに、所定の材料分極特性を、前記検討対象物の各部位の自然電位に一致するように、前記各部位毎に電位軸方向にシフトさせる請求項1記載の腐食環境の数値解析方法。   2. To set the material polarization characteristics of the examination object, the predetermined material polarization characteristics are shifted in the potential axis direction for each part so as to coincide with the natural potential of each part of the examination object. The numerical analysis method of the corrosive environment described. 前記検討対象物解析工程において、
前記検討対象物を、電気的に接続された複数の解析セグメントからなる連続体と見なすとともに、前記領域電位分布抽出工程により求められた電位分布に基づいて、前記解析セグメントの位置に対応した前記各解析セグメントの解析分極特性を設定し、前記検討対象物の分極電位分布及び前記検討対象物からの媒質への電流の流出入分布を求める請求項1又は2記載の腐食環境の数値解析方法。
In the examination object analysis step,
The examination object is regarded as a continuum consisting of a plurality of electrically connected analysis segments, and based on the potential distribution obtained by the region potential distribution extraction step, each of the analysis objects corresponding to the position of the analysis segment. The numerical analysis method of a corrosive environment according to claim 1 or 2, wherein an analytical polarization characteristic of an analysis segment is set, and a polarization potential distribution of the examination object and a current inflow / outflow distribution from the examination object to a medium are obtained.
前記領域電位分布抽出工程により求められた電位分布に基づいて、前記解析セグメントの位置に対応して、前記各解析セグメントの解析分極特性を設定するに、
前記検討対象物の材料分極特性に対して、前記領域電位分布抽出工程により求められた各解析セグメントの位置の電位分布に基づいて、前記材料分極特性を電位軸方向にシフトさせる請求項3記載の腐食環境の数値解析方法。
Based on the potential distribution obtained by the region potential distribution extraction step, in order to set the analysis polarization characteristics of each analysis segment corresponding to the position of the analysis segment,
The material polarization property is shifted in the direction of the potential axis based on the potential distribution at the position of each analysis segment obtained by the region potential distribution extraction step with respect to the material polarization property of the object to be examined. Numerical analysis method for corrosive environment.
前記領域電位分布抽出工程により求められた電位分布に基づいて、前記解析セグメントの位置に対応して、前記各解析セグメントの解析分極特性を設定するに、
前記検討対象物の材料分極特性に対して、前記領域電位分布抽出工程により求められた各解析セグメントの位置に基づいた関数として前記領域における電位分布を設定し、前記材料分極特性を電位軸方向にシフトさせる請求項3記載の腐食環境の数値解析方法。
Based on the potential distribution obtained by the region potential distribution extraction step, in order to set the analysis polarization characteristics of each analysis segment corresponding to the position of the analysis segment,
A potential distribution in the region is set as a function based on the position of each analysis segment obtained by the region potential distribution extraction step with respect to the material polarization property of the examination object, and the material polarization property is set in the potential axis direction. The numerical analysis method of the corrosive environment according to claim 3 to be shifted.
前記電流流出源が漏れ電流源で、前記流入対象物が前記漏れ電流が流入する流入対象物であり、前記検討対象物が前記場内にある導電体である請求項1〜5のいずれか一項記載の腐食環境の数値解析方法。   The current outflow source is a leakage current source, the inflow target is an inflow target into which the leakage current flows, and the examination target is a conductor in the field. The numerical analysis method of the corrosive environment described. 前記電流流出源が電気防食用の対極で、前記流入対象物が電気防食の対象である電気防食対象物であり、前記検討対象物が前記場内にある導電体である請求項1〜5のいずれか一項記載の腐食環境の数値解析方法。   The current source is a counter electrode for anticorrosion, the inflow target is an anticorrosion target that is a target for anticorrosion, and the examination target is a conductor in the field. A numerical analysis method for a corrosive environment according to claim 1.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2014175385A (en) * 2013-03-07 2014-09-22 Mitsubishi Materials Corp Ito particle
JP2015206720A (en) * 2014-04-22 2015-11-19 Jfeスチール株式会社 Metal corrosiveness evaluation method

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