腐蝕仿真軟件及應(yīng)用分享

腐蝕仿真軟件及應(yīng)用分享目錄軟件背景1軟件介紹2案例介紹31.軟件背景研究背景腐蝕是指金屬材料受環(huán)境介質(zhì)的化學(xué)、電化學(xué)和物理作用引起金屬的破壞現(xiàn)象。腐蝕造成的危害性主要表現(xiàn)在三個(gè)方面：造成國民經(jīng)濟(jì)的巨大損失造成重大事故和嚴(yán)重的環(huán)境污染對生命財(cái)產(chǎn)構(gòu)成危害傳統(tǒng)方法：理論方法、經(jīng)驗(yàn)方法研究方法通過對比金屬的極化數(shù)據(jù)來判斷金屬的耐蝕性通過類似的項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)結(jié)果來判斷金屬的耐蝕性試驗(yàn)方法：鹽霧試驗(yàn)、濕熱試驗(yàn)

GB/T10125-2012人造氣氛腐蝕試驗(yàn)-鹽霧試驗(yàn)

GJB150.11A-2009軍用裝備實(shí)驗(yàn)室環(huán)境試驗(yàn)方法第11部分鹽霧試驗(yàn)GJB150.9A-2009軍用裝備實(shí)驗(yàn)室環(huán)境試驗(yàn)方法第9部分濕熱試驗(yàn)仿真計(jì)算方法理論&經(jīng)驗(yàn)仿真計(jì)算鹽霧&掛片試驗(yàn)質(zhì)量守恒定律：拉普拉斯方程：歐姆定律：研究方法研究方法開發(fā)流程2.軟件介紹軟件開發(fā)美國國防部空軍“SBIR計(jì)劃”二十一世紀(jì)初，美國國防部空軍“SBIR計(jì)劃”與比利時(shí)Elsyca公司合作研究F18戰(zhàn)斗機(jī)腐蝕防護(hù)問題，并成功開發(fā)腐蝕仿真軟件CorrosionMaster。軟件功能評估防腐設(shè)計(jì)通過輸入待評估設(shè)備或部件的材料與腐蝕防護(hù)措施的數(shù)據(jù)信息，結(jié)合所服役的環(huán)境信息，預(yù)測設(shè)備或部件的腐蝕熱點(diǎn)與失效時(shí)間。主要功能評估設(shè)備腐蝕狀態(tài)通過輸入設(shè)備或部件現(xiàn)階段的材料信息、防腐層信息（涂鍍層）和工作環(huán)境，可評估設(shè)備當(dāng)前的腐蝕狀態(tài)評估設(shè)備腐蝕壽命通過輸入設(shè)備或部件的材料信息、防腐層信息（涂鍍層）、工作環(huán)境和維修策略，可得到不同時(shí)間段的腐蝕速率，評估腐蝕壽命評估加速腐蝕試驗(yàn)通過特定的環(huán)境參數(shù)輸入，可仿真設(shè)備或部件的加速腐蝕試驗(yàn)情況；節(jié)省了真實(shí)試驗(yàn)所需的試驗(yàn)時(shí)間，也排除了外界因素對試驗(yàn)結(jié)果的干擾仿真流程CAD模型創(chuàng)建材料數(shù)據(jù)庫極化曲線處理與解析3456網(wǎng)格劃分與仿真計(jì)算可視化與結(jié)果分析環(huán)境數(shù)據(jù)庫21CATIA、UG等CAD軟件極化曲線和理化數(shù)據(jù)CurveAnalyzer宏觀環(huán)境和微觀環(huán)境CorrosionMasterXplorer仿真流程1CAD建模

可將設(shè)備的全尺寸數(shù)模輸入到腐蝕仿真軟件，數(shù)模需考慮搭接、焊接、緊固件、縫隙、泥漿包埋區(qū)、浸水、排水區(qū)、防護(hù)層、密封等因素，結(jié)合軟件內(nèi)置的結(jié)構(gòu)分析程序，識別數(shù)模中容易發(fā)生腐蝕的部位；仿真軟件在自動劃分網(wǎng)格的過程中，將該部位進(jìn)行逐一標(biāo)識。仿真流程2環(huán)境數(shù)據(jù)庫微觀和宏觀數(shù)據(jù)：

1.微觀環(huán)境數(shù)據(jù)：作為腐蝕仿真的計(jì)算輸入；2.宏觀環(huán)境數(shù)據(jù)：將宏觀氣象參數(shù)轉(zhuǎn)換為微觀環(huán)境數(shù)據(jù)。微觀環(huán)境數(shù)據(jù)薄液膜厚度、薄液膜電導(dǎo)率、氧濃度、氧擴(kuò)散系數(shù)宏觀環(huán)境數(shù)據(jù)溫度、相對濕度、溫度、大氣壓力等仿真數(shù)據(jù)庫環(huán)境數(shù)據(jù)庫材料數(shù)據(jù)庫仿真流程材料數(shù)據(jù)庫材料數(shù)據(jù)包括：

1物化數(shù)據(jù)

：摩爾質(zhì)量、密度、化合價(jià)、電阻率等；

2極化曲線：通過線性伏安法測定材料的極化曲線；

3鍍層數(shù)據(jù)：鍍層種類、厚度以及鍍層的極化曲線；

4涂層數(shù)據(jù)：涂層老化數(shù)數(shù)，如不同時(shí)間段的涂層厚度等信息。

可對金屬、合金、鍍層系統(tǒng)、涂層系統(tǒng)進(jìn)行仿真模擬計(jì)算。仿真流程3材料數(shù)據(jù)庫測定材料的極化數(shù)據(jù)后，利用前處理軟件CurveAnalyzer進(jìn)行極化數(shù)據(jù)解析，建立材料數(shù)據(jù)庫。線性掃描伏安試驗(yàn)極化曲線解析材料數(shù)據(jù)庫軟件組成CorrosionMaster主要功能是評估金屬結(jié)構(gòu)的電化學(xué)腐蝕的風(fēng)險(xiǎn)，包括均勻腐蝕、電偶腐蝕和縫隙腐蝕，輔助優(yōu)化產(chǎn)品防腐蝕設(shè)計(jì)。目前ElsycaCorrosionMaster由三個(gè)功能模塊組成：前處理器CurveAnalyzer、求解器CorrosionMaster和后處理器XPlorer。CurveAnalyzer前處理器極化曲線解析CorrosionMaster求解器網(wǎng)格劃分與仿真計(jì)算XPlorer后處理器結(jié)果分析與報(bào)告生成CurveAnalyzer是CorrosionMaster的前處理模塊，用來解析金屬極化曲線。ReactionNameStochiometry1O2reduction2H2O+O2+4

e-=4OH-2H2evolutionH2O+2

e-=H2+2OH-3MetaloxidationMe+x

e-=Mex+CurveAnalyzer-前處理器軟件組成CorrosionMaster——求解器計(jì)算采用有限元計(jì)算方法，自動劃分網(wǎng)格；具備均勻腐蝕、電偶腐蝕和縫隙腐蝕仿真計(jì)算功能；依時(shí)計(jì)算功能，隨時(shí)間變化可設(shè)置不同腐蝕環(huán)境；仿真腐蝕后結(jié)構(gòu)形貌。軟件組成軟件組成XPlorer——后處理器

仿真結(jié)果的三維云圖分析，導(dǎo)出仿真報(bào)告與腐蝕形貌，并能視頻展示腐蝕隨時(shí)間的變化情況。3

案例介紹美國國防部SBIR項(xiàng)目組階段驗(yàn)收：CorrosionMaster可以準(zhǔn)確預(yù)測腐蝕風(fēng)險(xiǎn)、計(jì)算腐蝕速率，找到“hotspots”。計(jì)算結(jié)果與現(xiàn)役機(jī)型腐蝕狀態(tài)對比高度吻合。F18戰(zhàn)機(jī)輪轂F18戰(zhàn)機(jī)機(jī)翼支托1F18戰(zhàn)機(jī)腐蝕仿真Misson1F18戰(zhàn)機(jī)腐蝕仿真支托架示意1F18戰(zhàn)機(jī)腐蝕仿真支托架結(jié)構(gòu)示意樣品試驗(yàn)測試：支托：7075Al-T73，鉻酸陽極化軸襯：CuBe本體與鍍Cd后的極化曲線，鍍層厚度軸：PH13-8Mo沉淀強(qiáng)化不銹鋼與鍍Cd后極化曲線，鍍層厚度材料表面處理支托7050Al鉻酸陽極化套管CuBe鍍Cd、bluecoat軸PH13-8Mo鍍Cd墊片材料和極化曲線1F18戰(zhàn)機(jī)腐蝕仿真套管（綠色）支托（灰色）軸（紫色）驗(yàn)證不同材料組合的設(shè)計(jì)方案的腐蝕風(fēng)險(xiǎn)1F18戰(zhàn)機(jī)腐蝕仿真最大腐蝕速率:350micron/y方案支托套管軸1AlanodizedCdplatedCdplated1F18戰(zhàn)機(jī)腐蝕仿真最大腐蝕速率:150micron/y方案支托套管軸2AlbareCuBePH13-8Mo1F18戰(zhàn)機(jī)腐蝕仿真最大腐蝕速率:90micron/y方案支托套管軸3AlbareCuBe+BluecoatPH13-8Mo1F18戰(zhàn)機(jī)腐蝕仿真2

美國TFT公司消防閥腐蝕仿真TFT公司位于美國印第安納，是一家全球領(lǐng)先的生產(chǎn)先進(jìn)消防設(shè)備的企業(yè)

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美國TFT公司消防閥腐蝕仿真CompanyConfidential可根據(jù)仿真需要設(shè)置不同的網(wǎng)格大小，根據(jù)用戶設(shè)置軟件將自動進(jìn)行網(wǎng)格劃分。不同設(shè)置條件下的網(wǎng)格劃分2

美國TFT公司消防閥腐蝕仿真借助ElsycaCorrosionMaster計(jì)算自來水與鹽