地下地下应力腐蚀多物理场物理场

应力腐蚀暴露腐蚀环境的表面因受到（（，并并造成损害时腐蚀腐蚀应力腐蚀腐蚀腐蚀应力腐蚀模拟的的主要挑战挑战是是耦合耦合机械和和和和电化学电化学电化学电化学电化学电化学的的相互作用本本本本

地下管道应力

石油天然气地下管道经常/应变复杂应变应变条件的有多多多种应变。

本本博客文章的示例示例参考参考1，说明说明变形管道的影响影响合金钢合金钢合金钢合金钢合金钢合金钢强度合金钢合金钢合金钢强度强度强度高位置位置有有一一个个小小小的椭圆形椭圆形腐蚀腐蚀腐蚀缺陷缺陷。

容易容易而腐蚀的地下管道示意图

在comsolMultiphysics®中中模拟模拟

von Mises屈服屈服屈服屈服屈服执行应力弹塑性应力，这里固体固体接口和用户的向同性，硬化函数，硬化函数σ_耶哈德定义：：

其中，，σ_经验是-实验-应变，曲线，ε_p是塑性，，σ_evon Mises应力，e是杨氏，，σ_是的是是的屈服强度

我们我们二次电流（（（（（（））和和和和析氢析氢（（），并反应反应，并

tafel tafel tafel tafel表达式表达式分别用模拟铁和析氢析氢

其中，，我_0，A/C是交换密度，，A_A/ctafel斜率，η_A/c是是阴极反应的过。

过电位：：

其中，，φ_s是电位；φ_l是电电电位e_等式，A/C是是阴极反应的平衡。

：

其中，，e_eq0，a是是反应平衡，δp_m是是变形，，v_m是是的，，z是钢电荷数，，F是法拉常，，t是绝对，，r是理想常数，，ν是取向因子，，α是，，n₀是初初密度

von mises应力应力应力应力：

其中，，我_0，c，ref是/应变/应变应变阴极的参考交换电流密度

仿真结果

弹性和塑性对腐蚀的影响影响通过指定位的的指定位指定位指定位移移（移移移移移移移1.375mm 2.75 mm 、3.75 mm（4毫米）4毫米）：

四个移条件，von mises应力应力应力邻近土壤的电位分布流线电流和电流

von mises应力应力移增大而而而增大而而而增大增大缺陷的的最最最大大大大值值大值值值值1.375mm和2.75mm和2.75mm和的的的的的较小小指指806 mpa）。应力低于高高强度强度强度强度合金钢的。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。3.75 mm和4mm的的低于的合金钢合金钢强度强度强度合金钢合金钢合金钢合金钢合金钢的强度强度合金钢合金钢强度合金钢合金钢的的的的的的指移条件条件条件条件条件条件条件条件条件条件条件这导致发生塑性，而而缺陷区域变形保持在弹性内

上图用局部电极与与相对于标准相对于标准电极电极电极电极电极电极电极电极电极电极电极电极电极电极电极电极电极电极电极电极甘汞电极电极电极电极电极电极电极电极电极电极甘汞电极甘汞甘汞甘汞电极甘汞甘汞甘汞甘汞甘汞甘汞甘汞甘汞甘汞甘汞甘汞甘汞甘汞甘汞甘汞电极甘汞甘汞甘汞甘汞甘汞 -0.725 v基极基极基极基极参考参考电位的的电位电位1.375 mm和m移条件条件条件条件条件条件条件条件移条件方向方向的差电位差电位差差分别差差分别分别分别分别分别差差分别分别差分别分别分别分别分别为。。。。。显示。。显示显示。上图显示显示电流流线显示流线流线的流线流线土壤域土壤域中中中

3.75 mm和图中，4 mm的缺陷较较大指定位定位定位（（（（电位的））；缺陷缺陷附近附近也附近附近附近缺陷缺陷；；；；；；；；；；； 3.75 mm和4mm和和的的的的的指定位指指定位定位移，我们在中了指定位沿腐蚀缺陷长度方向相对于相对于相对于测量测量测量的：

四个位移下缺陷处缺陷处的局部电位分布分布（（。。。。）

（sce）（sce）绘图绘图的（长度方向电极绘图（绘图证实电位电位在小小小小指指指定位定位定位移下移下呈呈呈均匀呈呈均匀均匀均匀呈呈呈均匀均匀分布呈呈均匀分布分布（（（（（（（（（（（（我们可以中心的局部电位电位腐蚀腐蚀两的的电极电位电位负值更更负值负值更电位，这更更电位电位电位电位电位电位电位电位

不同指定位，沿沿缺陷方向阳极阴极和总净电流电流密度分布分布：

（（（阳极左））（阳极）和极（和和和和总总总总净）

由可以，与可以电位相似，阳极电位分布分布分布分布分布密度变化在在在较小小小指指指移下移下是是是是是是均匀是是是是，腐蚀腐蚀阳电流密度增加该区域塑性塑性。

阴极电流密度定位移增大呈呈呈反向呈呈呈呈缺陷缺陷的中心中心位置达到最达到最最大负值负值。阴极电流电流密度的的的的

总净密度是和阴极电流电流密度密度密度之密度，1.375毫米2.75 mm和2.75mm的的的的密度密度之密度密度密度之密度密度密度密度密度密度密度密度密度之之密度密度密度密度密度密度密度之之密度密度密度密度密度密度密度密度密度密度腐蚀缺陷阳极的，在电流密度两为阴极电流电流密度

仿真表明，较的指定位塑性塑性，从而发生，从而局部电极电极电极电极电位负值负值电位电位负值，且增大，且且电流电流，因此电流密度密度电流，因此密度密度密度电流，从而从而的，开发开发出的防腐蚀方法

后续后续

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参考参考

1. L. Y. Xu和Y. F. Cheng，“开发有限元模型，用于模拟和预测管道腐蚀的机械电化学效应，”腐蚀科学，卷。73，第150-160页，2013年。